Un matériau imprimable en 3D permet de soigner le corps, de construire de meilleurs robots et de récupérer des minéraux essentiels
Un réseau composé de milliards de minuscules gouttelettes d'eau peut former en quelques minutes des matériaux de grande taille ressemblant à des tissus, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives dans divers domaines.
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Un nouveau type de matériau imprimable en 3D, mis au point par des chercheurs de l’Université du Texas à Austin, imite la capacité des tissus humains à trier et à filtrer, en laissant passer certaines molécules tout en en retenant d’autres. Grâce à cette polyvalence, ce matériau peut être utilisé dans diverses applications dans les domaines de la médecine, du traitement de l’eau et de la robotique.
Selon les chercheurs, les méthodes actuelles de fabrication de petits matériaux de type tissulaire ne permettent pas d’atteindre les dimensions nécessaires à la mise en œuvre d’applications concrètes. L’équipe a surmonté ces problèmes de vitesse et d’évolutivité en agglomérant étroitement des milliards de minuscules gouttelettes d’eau à l’aide de techniques simples de mélange et de centrifugation, afin de former en quelques minutes seulement de grands matériaux de type tissulaire. Chaque gouttelette est séparée par une fine membrane, ce qui permet aux membranes de s’interconnecter, à l’instar de l’organisation cellulaire dans les tissus humains.
« Les tissus peuvent séparer et transporter des ions et des molécules ; c’est ainsi que fonctionnent nos reins ou nos intestins, en ne retenant que ce dont ils ont besoin et en éliminant le reste », a déclaré Manish Kumar, professeur au département Fariborz Maseeh de génie civil, architectural et environnemental de la Cockrell School of Engineering, ainsi qu’au département McKetta de génie chimique.
Ce matériau souple peut être personnalisé pour se comporter comme différents types de tissus. Comme sa structure imite fidèlement celle des tissus réels et qu’il peut être imprimé en 3D à partir de matériaux biocompatibles, il peut servir de support à la croissance de nouveaux tissus ou organes. Sa souplesse et sa réactivité en font une base idéale pour les robots souples — des machines qui se déplacent et s’adaptent comme des êtres vivants — pouvant être utilisés en chirurgie, dans les opérations de recherche et de sauvetage, ou dans des environnements dangereux inaccessibles aux machines traditionnelles.
En ajoutant certaines protéines, les chercheurs ont permis au matériau de conduire des courants ioniques, à l’instar du tissu nerveux. Cela ouvre des perspectives prometteuses pour la construction de systèmes informatiques calqués sur le cerveau humain.
Dans un autre cas, les chercheurs ont ajouté une protéine permettant au tissu de distinguer l’ammonium des autres ions présents dans les eaux usées. Cela inclut les eaux issues de l’extraction de pétrole et de gaz ainsi que les eaux usées municipales, un domaine sur lequel Kumar s’est concentré ces dernières années. La capacité à filtrer les ions indésirables à l’aide de membranes constitue une approche prometteuse pour le recyclage et la réutilisation d’ions minéraux essentiels et de nutriments issus des eaux usées.
Ces nouvelles recherches s’inscrivent dans le cadre d’un travail qui s’étend sur plus d’une décennie. Mais c’est l’une de ses étudiantes, Aida Fica, qui a su rassembler tous ces éléments.
Après avoir été confrontée pendant des années aux mêmes difficultés liées à la lenteur de la formation et à l’instabilité du procédé, Aida Fica a entendu lors d’une conférence un élément qui lui a donné une nouvelle idée. Avec son équipe, elle a permis de faire progresser cette technologie grâce à l’émulsification : en mélangeant deux huiles de solubilités différentes pour former des gouttelettes, puis en les agglomérant à l’aide d’une centrifugeuse.
« Cette technologie offre désormais un procédé simple et évolutif, aux applications infinies, qui pourrait être mis en œuvre dans n’importe quel laboratoire puisqu’il ne nécessite qu’un équipement de base », a déclaré Aida Fica. « Nous encourageons les chercheurs intéressés à l’essayer, et nous soutiendrons de tout cœur toute personne souhaitant travailler dans ce domaine par le biais de visites et d’échanges », a ajouté le professeur Kumar.
Les chercheurs s’efforcent désormais d’adapter cette technologie à l’extraction du lithium et d’autres éléments des terres rares dans le cadre d’un projet mené avec l’Agence pour les projets de recherche avancée dans le domaine de l’énergie (ARPA-E) du ministère américain de l’Énergie. Mme Fica et M. Kumar ont breveté cette technologie ainsi que plusieurs applications en aval par l’intermédiaire du bureau « Discovery to Impact » de l’université du Texas.
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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