Un polymère révolutionnaire imprimable en 3D
Des organes artificiels aux batteries de pointe
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Un nouveau type de matériau imprimable en 3D qui s'accorde avec le système immunitaire de l'organisme, mis au point par une équipe de recherche de l'université de Virginie, pourrait déboucher sur une technologie médicale plus sûre pour les greffes d'organes et les systèmes d'administration de médicaments. Il pourrait également améliorer les technologies des batteries.
Les polymères pliables de Liheng Cai peuvent produire une variété de structures matérielles avec des propriétés différentes qui pourraient permettre des applications allant des greffes d'organes à la technologie des batteries.
Liheng Cai/Softbiomatter Lab/University of Virginia
Cette avancée fait l'objet d'un nouvel article dans la revue Advanced Materials, basé sur les travaux du Soft Biomatter Laboratory de l'université de Virginie, dirigé par Liheng Cai, professeur agrégé de science et d'ingénierie des matériaux et d'ingénierie chimique.
Le premier auteur de l'article est Baiqiang Huang, doctorant à l'école d'ingénierie et de sciences appliquées.
Leurs recherches montrent comment modifier les propriétés du polyéthylène glycol pour créer des réseaux extensibles. Le PEG, comme on l'appelle, est un matériau déjà utilisé dans de nombreuses technologies biomédicales telles que l'ingénierie tissulaire, mais la manière dont les réseaux de PEG sont actuellement produits - créés dans l'eau par réticulation de polymères PEG linéaires, l'eau étant ensuite éliminée - laisse une structure fragile et cristallisée qui ne peut pas s'étirer sans perdre son intégrité.
La percée de l'élasticité est une caractéristique importante, car l'extensibilité permettrait d'utiliser les réseaux PEG dans des structures plus grandes ou dans des structures qui nécessitent une certaine flexibilité et un certain mouvement, telles que les échafaudages nécessaires un jour pour les organes humains synthétiques.
L'extensibilité réside dans la conception pliable
Pour créer cette élasticité, l'équipe s'est appuyée sur les travaux du laboratoire de Cai, qui avait déjà mis au point un moyen de créer des polymères synthétiques très résistants. L'approche s'inspire des méthodes utilisées pour créer du caoutchouc extensible et résistant : stocker la longueur dans des structures internes au niveau moléculaire.
Ces structures internes, appelées "brosse pliable", permettent de créer un matériau à la fois très résistant et très extensible. Les molécules polymères possèdent de nombreuses chaînes latérales flexibles rayonnant à partir d'un squelette central qui peut se plier comme un accordéon - stockant ainsi une longueur supplémentaire qui peut être dépliée.
"Notre groupe a découvert ce polymère et a utilisé cette architecture pour montrer que tous les matériaux fabriqués de cette manière sont très extensibles". a déclaré M. Cai.
Pour créer le nouveau matériau décrit dans Advanced Materials, Huang a appliqué au PEG le concept de polymère pliable de type "bottlebrush". Il a exposé le mélange précurseur à une lumière ultraviolette pendant quelques secondes, ce qui a déclenché la polymérisation pour former un réseau à architecture en brosse. Il en résulte des hydrogels et des élastomères sans solvant à base de PEG, imprimables en 3D et hautement extensibles.
"Nous pouvons modifier la forme des lampes UV pour créer un grand nombre de structures complexes", a déclaré M. Huang, y compris des structures qui sont soit souples, soit rigides, mais qui restent extensibles de par leur conception. Ce type de polyvalence dans la conception pourrait un jour permettre la création de nouvelles techniques de création d'organes artificiels ou d'administration de médicaments.
L'article montre également que les matériaux PEG extensibles imprimables en 3D sont respectueux de l'environnement. Les chercheurs ont cultivé des cellules à côté des matériaux, pour s'assurer qu'elles pouvaient vivre côte à côte, et elles étaient compatibles, a déclaré M. Huang. C'est une bonne nouvelle pour l'utilisation potentielle de ces matériaux à l'intérieur du corps, comme l'échafaudage d'un organe.
Applications futures
Dans une application future, il pourrait également être possible de combiner le PEG avec d'autres matériaux pour créer des matériaux imprimables en 3D avec différentes compositions chimiques, ce qui ouvrirait la porte à de nombreuses utilisations possibles.
Par exemple, par rapport aux matériaux existants pour les électrolytes polymères à l'état solide, les nouveaux matériaux présentent une plus grande conductivité électrique et une plus grande extensibilité à température ambiante.
"Cette propriété fait de ce nouveau matériau un électrolyte solide haute performance prometteur pour les technologies de batteries avancées", a déclaré M. Cai. "Notre équipe continue d'explorer les extensions potentielles de la recherche dans les technologies de batteries à l'état solide.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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