Cathéters, lignes intraveineuses, et d'autres types de tubes chirurgicaux sont une nécessité médicale pour gérer un large éventail de maladies. Mais l'expérience d'un patient avec de tels dispositifs est rarement confortable.

Maintenant, les ingénieurs du MIT ont conçu un matériau semblable à un gel qui peut être appliqué sur des dispositifs standard en plastique ou en caoutchouc, offrant un plus doux, extérieur plus glissant qui peut considérablement soulager l'inconfort d'un patient. Le revêtement peut même être adapté pour surveiller et traiter les signes d'infection.

Dans un article publié aujourd'hui dans la revue Matériaux de santé avancés , l'équipe décrit leur méthode pour lier fortement une couche d'hydrogel - un squishy, matériau polymère glissant qui se compose principalement d'eau - aux élastomères courants tels que le latex, caoutchouc, et silicone. Les résultats sont des "laminés d'hydrogel" qui sont à la fois doux, extensible, et glissant, et imperméable aux virus et autres petites molécules.

Le revêtement d'hydrogel peut être incorporé avec des composés pour détecter, par exemple, molécules inflammatoires. Des médicaments peuvent également être incorporés et libérés lentement du revêtement d'hydrogel, pour traiter l'inflammation dans le corps.

L'équipe, dirigé par Xuanhe Zhao, le professeur agrégé de développement de carrière Robert N. Noyce au département de génie mécanique du MIT, des couches d'hydrogel collées sur divers dispositifs médicaux à base d'élastomères, y compris les cathéters et les tubes intraveineux. Ils ont constaté que les revêtements étaient extrêmement durables, résister à la flexion et à la torsion, sans craquer. Les revêtements étaient également extrêmement glissants, présentant beaucoup moins de friction que les cathéters standard non revêtus, une qualité qui pourrait réduire l'inconfort des patients.

Le groupe a également appliqué de l'hydrogel sur un autre produit élastomère largement utilisé :les préservatifs. En plus d'améliorer le confort des préservatifs en latex existants en réduisant les frottements, un revêtement d'hydrogel pourrait aider à améliorer leur sécurité, puisque l'hydrogel pourrait être incorporé avec des médicaments pour contrer une allergie au latex, disent les chercheurs.

"Nous avons démontré que l'hydrogel a vraiment le potentiel de remplacer les élastomères courants, " dit Zhao. " Maintenant, nous avons une méthode pour intégrer des gels avec d'autres matériaux. Nous pensons que cela a le potentiel d'être appliqué à une gamme diversifiée de dispositifs médicaux interfacés avec le corps."

Les co-auteurs de Zhao sont l'auteur principal et étudiant diplômé German Parada, les étudiants diplômés Hyunwoo Yuk et Xinyue Liu, et le scientifique invité Alex Hsieh.

Un gel sur mesure

Le groupe de Zhao a déjà développé des recettes pour faire du dur, hydrogels étirables à partir de mélanges composés principalement d'eau et d'un peu de polymère. Ils ont développé une technique pour lier les hydrogels aux élastomères en traitant d'abord des surfaces telles que le caoutchouc et le silicone avec de la benzophénone, une solution moléculaire qui, lorsqu'il est exposé à la lumière ultraviolette, crée de fortes liaisons chimiques entre l'élastomère et l'hydrogel.

Les chercheurs ont appliqué ces techniques pour fabriquer un stratifié d'hydrogel :une couche d'élastomère prise en sandwich entre deux couches d'hydrogel. Ils ont ensuite soumis la structure stratifiée à une batterie de tests mécaniques et ont découvert que la structure restait fortement liée, sans se déchirer ni se fissurer, même lorsqu'il est étiré à plusieurs fois sa longueur d'origine.

L'équipe a également placé la structure stratifiée dans un réservoir à deux chambres, rempli d'un côté d'eau déminéralisée et de l'autre de colorant moléculaire. Après plusieurs heures, le stratifié empêchait tout colorant de migrer d'un côté de la chambre à l'autre, alors qu'une couche d'hydrogel seule laisse passer le colorant. La couche d'élastomère du stratifié, ils ont conclu, a rendu la structure dans son ensemble fortement imperméable - une caractéristique selon eux pourrait également empêcher le passage des virus et autres petites molécules.

Dans d'autres tests, l'équipe a mélangé chimiquement des molécules de détection de pH dans la couche d'hydrogel recouvrant un côté de la couche d'élastomère, et un colorant alimentaire vert dans la couche d'hydrogel opposée. Ils ont à nouveau placé toute la structure dans le réservoir à deux chambres et ont rempli les deux côtés d'eau dioïnée.

Alors que les chercheurs modifiaient l'acidité de l'eau du réservoir, ils ont observé que les parties de l'hydrogel contenant des indicateurs de pH s'illuminaient. Pendant ce temps, le colorant vert s'est infiltré lentement de la couche d'hydrogel opposée dans le deuxième réservoir, imitant l'action des molécules médicamenteuses.

"Nous pouvons mettre des molécules de détection de pH dans des hydrogels, ou des médicaments à libération progressive, " dit Parada. "Pour différentes applications, nous pouvons modifier le gel pour s'adapter à cette application."

Faire des nœuds

Comme première incursion dans les applications possibles des stratifiés hydrogel, les chercheurs ont utilisé leurs techniques précédemment développées pour enduire d'hydrogel sur divers dispositifs en élastomère, y compris les tubes en silicone, une sonde de Foley, et un préservatif. "Notre premier objectif majeur était les cathéters, car ils sont rigides et peu confortables, et l'infection des cathéters peut être à l'origine d'environ 50 % des réadmissions à l'hôpital, " dit Parada. " Nous avons également pensé que nous pourrions appliquer cela aux préservatifs, parce que les préservatifs en latex existants provoquent beaucoup de sensibilités et d'allergies, et si tu peux mettre de la drogue dans le gel, vous pourriez avoir une meilleure protection."

Même après avoir fortement plié et plié le tube enduit en un nœud, les chercheurs ont découvert que le revêtement d'hydrogel restait fortement lié au tube sans provoquer de déchirures. La même chose était vraie lorsque les chercheurs ont gonflé à la fois le cathéter enduit et le préservatif enduit.

Parada dit que les dimensions d'un stratifié d'hydrogel peuvent être ajustées pour s'adapter à différents appareils. Par exemple, les scientifiques peuvent choisir un élastomère plus épais pour augmenter la rigidité d'un stratifié, ou utilisez une couche d'hydrogel plus épaisse pour incorporer plus de molécules médicamenteuses ou de capteurs. Les hydrogels peuvent également être conçus pour être plus ou moins glissants, selon le degré de friction souhaité.

« Nous avons la capacité de fabriquer des structures d'hydrogel à grande échelle qui peuvent enrober des dispositifs médicaux, et l'hydrogel n'agitera pas le corps, " Zhao says. "This is a technological platform onto which you can imagine many applications."

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.