Les nouilles étirées à la main sont une spécialité de la ville chinoise de Xi'an, dont la structure a inspiré deux scientifiques de l'Université de Chicago à créer un meilleur tissu synthétique. Crédit :Shutterstock
En mangeant un jour à emporter, Les scientifiques de l'Université de Chicago Bozhi Tian et Yin Fang ont commencé à penser aux nouilles, en particulier, leur élasticité. Une spécialité de Xi'an, La ville natale de Tian en Chine, sont des nouilles de blé étirées à la main jusqu'à ce qu'elles deviennent caoutchouteuses—fortes et élastiques. Pourquoi, se demandaient les deux scientifiques des matériaux, ne sont-ils pas devenus minces et faibles à la place ?
Ils ont commencé à expérimenter, commander des livres et des livres de nouilles au restaurant. "Ils sont devenus très méfiants, " dit Fang. "Je pense qu'ils pensaient que nous voulions voler leurs secrets pour ouvrir un restaurant rival."
Mais ce qu'ils préparaient était une recette pour les tissus synthétiques, qui pourraient imiter beaucoup plus étroitement la peau et les tissus biologiques que la technologie existante.
"Il s'avère que les granules d'amidon commun peuvent être l'ingrédient manquant pour un composite qui imite de nombreuses propriétés des tissus, " dit Croc, un chercheur postdoctoral UChicago et auteur principal d'un nouvel article publié le 29 janvier dans la revue Question . "Nous pensons que cela pourrait fondamentalement changer la façon dont nous pouvons fabriquer des matériaux ressemblant à des tissus."
La percée permet au tissu synthétique de s'étirer dans plusieurs directions, mais de guérir et de se défendre en réorganisant ses structures internes, c'est ainsi que la peau humaine se protège. La découverte pourrait un jour conduire à des applications allant de la robotique souple et des implants médicaux à l'emballage alimentaire durable et à la biofiltration.
Comme beaucoup d'inventions de la nature, la peau et les tissus sont des prouesses d'ingénierie extraordinaires qui ont été difficiles à imiter pour les humains. Tian est un chercheur de premier plan dans ce domaine, confronter ce problème en cherchant à construire des interfaces entre les tissus biologiques et les systèmes artificiels.
La plupart des options actuelles pour les tissus synthétiques ne peuvent gérer qu'une ou deux des caractéristiques des tissus biologiques :malléabilité mais pas résistance, ou la force mais pas l'auto-guérison.
Expérimenter sur les nouilles, les scientifiques ont découvert que la structure interne consistait en un réseau de gluten parsemé de granules d'amidon. « En fait, cela ressemblait beaucoup à un tissu biologique, " Croc a dit, "parce que le tissu est constitué d'une matrice extracellulaire qui soutient les cellules individuelles."
Les tissus synthétiques sont généralement constitués d'un filet de gel, qui imite la structure de la matrice extracellulaire, mais ne contient pas d'analogue pour les cellules. Mais les scientifiques se sont demandé :et si les cellules étaient un élément important de la mécanique tissulaire ?
Une image au microscope électronique des granules d'amidon (vert) intégrés dans la matrice d'hydrogel. Crédit :Tian, Fang et al
L'idée de Tian et Fang, était d'incorporer des granules d'amidon dans une matrice de gel, pensant que cela changerait la façon dont le matériel se déplaçait.
Ça faisait. Le "tissu" n'était pas seulement solide et flexible, mais il a changé après avoir été étiré, un peu comme ce qui se passe lorsque vous entraînez vos muscles. "Cet 'effet mémoire' en particulier est extrêmement difficile à reproduire synthétiquement, " dit Tian, qui est professeur agrégé au Département de chimie.
La différence cruciale est la présence des granules d'amidon. Ils peuvent se déplacer légèrement en place lorsque le matériau est tendu, et leur capacité à se déplacer modifie constamment la structure interne, permettant au "tissu" de se déformer alors qu'il pourrait autrement se briser.
Leurs liaisons hydrogène, qui peut se reformer après avoir été cassé, permettent également au matériau de se guérir. "Tant qu'ils sont encore en contact physique, ces liens finiront par se reformer, " dit Yin.
Le concept offre des possibilités pour un certain nombre d'applications. Fang est particulièrement intéressé par l'utilisation de ce matériau pour l'emballage alimentaire. Les oranges ou les bananes ont des pelures constituées d'une matrice similaire qui absorbe les chocs lorsqu'elles rebondissent dans un camion, mais d'autres aliments ne le font pas et les composants sont biodégradables.
Les implants médicaux sont un autre domaine. La plupart ont besoin de composants durs, comme les arthroplasties, mais ceux-ci ont tendance à provoquer une inflammation dans le corps humain. Tian a expliqué qu'une des principales raisons est qu'il existe un décalage mécanique entre le titane ou l'acier dur et les tissus mous du corps; le tissu synthétique pourrait servir d'intermédiaire qui atténue les symptômes. "Nous avons aussi désespérément besoin d'un organe synthétique capable de filtrer sélectivement, comme le font les reins humains, et cela peut offrir une voie à ce type de biofiltration, " dit Tian.
Tian et Fang peuvent aussi imaginer le concept utile en robotique douce, un domaine émergent qui permet aux robots d'avoir des capacités que les matériaux durs n'ont pas, comme se faufiler dans de petits endroits ou saisir délicatement des objets.
« Il y a tellement de possibilités, " a déclaré Fang. " Nous sommes vraiment impatients d'explorer plus en détail. "
"C'est vraiment un nouvel angle sur la biomimétique, " a déclaré Tian. "Habituellement, dans ce domaine, nous imitons l'évolution naturelle. Mais vous pouvez également imiter les pratiques humaines qui ont évolué - dans ce cas, plus de mille ans de fabrication de nouilles en Chine."
