Un nouveau type de matériau imprimable en 3D compatible avec le système immunitaire du corps, mis au point par une équipe de recherche de l'Université de Virginie, pourrait conduire à une technologie médicale plus sûre pour les transplantations d'organes et les systèmes d'administration de médicaments. Cela pourrait également améliorer les technologies des batteries.
Cette percée fait l'objet d'un nouvel article publié dans la revue Matériaux avancésbasé sur les travaux effectués par le laboratoire de biomatière molle de l'Université de Virginie, dirigé par Liheng Cai, professeur agrégé de science et d'ingénierie des matériaux et de génie chimique. Le premier auteur de l'article est Baiqiang Huang, titulaire d'un doctorat. Étudiant à l'École d'Ingénierie et de Sciences Appliquées.
Leurs recherches montrent un moyen de 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 façon dont les réseaux PEG sont actuellement produits (créés dans l'eau par réticulation de polymères PEG linéaires, l'eau étant ensuite éliminée) laisse une structure cristallisée fragile qui ne peut s'étirer sans perdre son intégrité.
La percée en matière d'élasticité est une caractéristique importante, car l'élasticité permettrait l'utilisation des réseaux PEG dans des structures plus grandes ou dans des structures nécessitant une certaine flexibilité et un certain mouvement, comme l'échafaudage nécessaire un jour pour les organes humains synthétiques.
L'étirement réside dans la conception pliable
Pour créer cette extensibilité, l'équipe s'est appuyée sur les travaux existants du laboratoire de Cai, qui avait déjà développé 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 les structures internes au niveau moléculaire.
Ces structures internes, appelées conception de « goupillon pliable », constituent un matériau qui peut être 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 s’effondrer comme un accordéon, stockant ainsi une longueur supplémentaire pouvant 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 Cai.
Pour créer le nouveau matériau décrit dans Matériaux avancésHuang a appliqué le concept de polymère de brosse à bouteille pliable au PEG. Il a exposé le mélange de précurseurs à la lumière ultraviolette pendant quelques secondes, ce qui initie la polymérisation pour former un réseau d'architecture en forme de goupillon. Cela a abouti à des hydrogels à base de PEG et à des élastomères sans solvant imprimables en 3D et hautement extensibles.
« Nous pouvons modifier la forme des lampes UV pour créer de nombreuses structures complexes », a déclaré Huang, y compris des structures souples ou 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 biologiquement respectueux. Les chercheurs ont cultivé des cellules à côté des matériaux, pour s'assurer qu'elles pouvaient vivre côte à côte et qu'elles étaient compatibles, a déclaré Huang. C’est une bonne nouvelle pour son utilisation potentielle pour des matériaux qui entreraient 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, ouvrant ainsi la porte à de nombreuses utilisations possibles.
Par exemple, comparés aux matériaux existants pour les électrolytes polymères solides, les nouveaux matériaux présentent une plus grande conductivité électrique et une aptitude à l’étirement beaucoup plus élevée à température ambiante.
« Cette propriété met en valeur le nouveau matériau en tant qu'électrolyte solide prometteur de haute performance pour les technologies de batteries avancées », a déclaré Cai. « Notre équipe continue d'explorer les extensions potentielles de la recherche sur les technologies de batteries à semi-conducteurs. »
