Matières plastiques biosourcées pour les poches de perfusion
Une équipe de recherche de Francfort développe une alternative durable aux dispositifs médicaux à base de pétrole en coopération avec la start-up de bioplastiques BIOVOX
Cathéters, poches de sang, tubes de ventilation : les articles médicaux jetables en plastique contribuent considérablement à la charge des déchets dans les hôpitaux et aux émissions élevées de gaz à effet de serre dans le secteur de la santé. Cela nécessite des solutions matérielles innovantes. Les plastiques biosourcés offrent une alternative prometteuse aux plastiques à base de pétrole, car ils présentent une empreinte CO₂ plus faible et n'émettent pas de CO₂ supplémentaire lors de leur combustion.
C'est là qu'intervient un projet de l'université des sciences appliquées de Francfort (Frankfurt UAS) : Une équipe de recherche dirigée par les professeurs Diana Völz et Ilona Brändlin développe, en collaboration avec la société BIOVOX GmbH de Darmstadt, représentée par le Dr. Vinzenz Nienhaus, un plastique à base de matières premières renouvelables pour les poches de perfusion. Le projet, intitulé "Bio_K_Sub - Développement d'un composé bioplastique pour les produits médicaux en tant que matériau de substitution plus durable", est financé à hauteur d'environ 500 000 euros dans le cadre de la promotion de l'innovation en Hesse par les fonds de LOEWE - Offensive du Land pour le développement de l'excellence scientifique et économique (ligne de financement 3 : Projets de coopération pour les PME) et se poursuivra jusqu'en octobre 2026.
Des exigences élevées pour les plastiques biosourcés
Selon une étude récente¹, les cliniques allemandes produisent en moyenne environ 8,3 kilogrammes de déchets par patient* et par séjour hospitalier. Le recyclage des produits médicaux à usage unique est fortement limité en raison des exigences élevées en matière d'hygiène et de sécurité, c'est pourquoi les déchets médicaux sont en grande partie incinérés, ce qui pèse encore plus sur le bilan climatique des cliniques. Les plastiques biosourcés, associés à un recyclage efficace, minimisent les émissions de CO₂ des dispositifs médicaux. Ils sont considérés comme plus durables que les plastiques conventionnels, car leur combustion ne libère que le CO₂ que les plantes ont absorbé auparavant. De plus, ils offrent la possibilité de se passer d'additifs nocifs (comme les plastifiants).
Les plastiques biosourcés peuvent déjà être utilisés pour les emballages de produits médicaux, car leurs composants sont considérés comme stables et sûrs en contact avec l'organisme humain. "Le défi particulier de notre projet consiste à développer un plastique qui, outre la biostabilité requise, soit également résistant au vieillissement et présente par exemple une résistance aux UV. Pour cela, des connaissances spécifiques dans le domaine du compoundage, c'est-à-dire l'ajout d'additifs pour obtenir les propriétés souhaitées, sont nécessaires", explique le professeur Diana Völz, professeur de développement de produits, de construction et de CAO.
Les partenaires de l'alliance BIOVOX et Frankfurt UAS - en particulier l'équipe du laboratoire de recherche Personalized Biomedical Engineering (PBE), dont font partie Diana Völz et la biologiste moléculaire et cellulaire Ilona Brändlin - disposent de compétences de recherche interdisciplinaires ainsi que d'équipements de laboratoire et d'une expérience dans la fabrication et l'évaluation de la sécurité biologique des plastiques biosourcés. Les travaux préliminaires déjà réalisés par BIOVOX comprennent des compounds plastiques pour d'autres applications, comme les boîtiers de tests rapides de grossesse végétaliens et les poignées d'instruments chirurgicaux.
La recherche sur l'utilisation de plastiques biosourcés pour les articles à usage unique dans le secteur de la santé est complétée par le travail de Maria Heckel, dont le doctorat porte sur les modèles de bilan écologique des bioplastiques.
Démonstration de la biocompatibilité
Tandis que BIOVOX développe la "recette" pour les granulés de plastique à base de cellulose, de canne à sucre ou d'amidon de maïs, les preuves de biocompatibilité adaptées et les tests de sécurité physiques et chimiques sont réalisés à l'UAS de Francfort. "La preuve de la biocompatibilité est essentielle pour la future mise sur le marché, car c'est un aspect important pour l'utilisabilité du matériau", explique Ilona Brändlin. Les analyses de biocompatibilité des bioplastiques développés sont effectuées sous sa direction à l'aide de cultures de cellules eucaryotes dans un laboratoire de sécurité selon le principe des 3R pour éviter les expériences sur les animaux (Replace = éviter, Reduce = réduire, Refine = améliorer). Les essais de traction sur le plastique, qui fournissent des informations sur les propriétés mécaniques importantes telles que la contrainte d'étirement, la limite d'élasticité et la résistance à la rupture du matériau, sont réalisés dans le laboratoire de biomécanique.
Mise en place de cycles de matériaux en médecine
L'équipe de recherche espère obtenir des connaissances scientifiques supplémentaires pour garantir la résistance au vieillissement et à l'eau des plastiques biosourcés, confirmées par des tests biologiques complets et des analyses d'influence. "Le projet présente donc un potentiel d'innovation économique et scientifique considérable et contribue à l'établissement de cycles de matériaux et donc à la réalisation des objectifs climatiques fixés dans le secteur médical", résume Völz.
Les propriétés du matériau visées en termes de résistance et d'utilisabilité du plastique biosourcé nouvellement développé peuvent également être utilisées en perspective pour d'autres récipients médicaux comme les poches de sang.
1Étude comparativede l'université de Pforzheim sur la production de déchets dans les hôpitaux allemands
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