Les ingénieurs ont développé un nouveau matériau qui imite le cartilage humain - le système d'absorption des chocs et de lubrification du corps, et cela pourrait annoncer le développement d'une nouvelle génération de roulements légers.

Le cartilage est un tissu fibreux mou trouvé autour des articulations qui offre une protection contre la charge de compression générée par la marche, courir ou soulever. Il fournit également une protection, couche lubrifiante permettant aux os de passer les uns sur les autres sans frottement. Pendant des années, les scientifiques ont essayé de créer un matériau synthétique ayant les propriétés du cartilage.

À ce jour, ils ont eu des résultats mitigés.

Mais dans un article publié dans la revue Matériaux polymères appliqués , Des chercheurs de l'Université de Leeds et de l'Imperial College de Londres ont annoncé avoir créé un matériau qui fonctionne comme le cartilage.

L'équipe de recherche pense qu'un matériau semblable à du cartilage aurait un large éventail d'utilisations en ingénierie.

Le cartilage est un matériau poreux biphasique, ce qui signifie qu'il existe en phases solide et fluide. Il passe à sa phase fluide en absorbant une substance visqueuse produite dans les articulations appelée liquide synovial. Ce fluide lubrifie non seulement les articulations mais lorsqu'il est maintenu dans la matrice poreuse du cartilage, il fournit un coussin hydroélastique contre les forces de compression.

Parce que le cartilage est poreux, le liquide synovial finit par s'écouler et comme il le fait, il aide à dissiper les forces énergétiques circulant dans le corps, protéger les articulations contre l'usure et les blessures par impact. À ce stade, le cartilage retourne à sa phase de vente, prêt pour que le cycle se répète.

Dr Siavash Soltanahmadi, Chercheur à la School of Mechanical Engineering de Leeds, qui a dirigé la recherche, a déclaré : « Les scientifiques et les ingénieurs ont essayé pendant des années de développer un matériau qui possède les propriétés étonnantes du cartilage. Nous avons maintenant développé un matériau pour des applications d'ingénierie qui imite certaines des propriétés les plus importantes trouvées dans le cartilage, et cela n'a été possible que parce que nous avons trouvé un moyen d'imiter la façon dont la nature le fait.

« Il existe de nombreuses applications en ingénierie pour un matériau synthétique qui est souple mais peut supporter de lourdes charges avec une usure minimale, comme dans les roulements. Il existe un potentiel dans l'ingénierie pour un matériau qui se comporte comme du cartilage."

Les premières tentatives de développement d'un système de cartilage synthétique se sont concentrées sur l'utilisation d'hydrogels, matériaux absorbant l'eau. Les hydrogels sont bons pour réduire la friction mais fonctionnent mal lorsqu'ils sont soumis à une force de compression.

L'un des problèmes est qu'il faut du temps à l'hydrogel pour reprendre sa forme normale après avoir été comprimé.

Les chercheurs ont surmonté ce problème en créant un matériau synthétique poreux constitué d'un hydrogel contenu dans une matrice de polydiméthylsiloxane ou PDMS, un polymère à base de silicone. La matrice conserve la forme de l'hydrogel.

Dans le journal, les scientifiques rapportent que le comportement porteur de l'hydrogel contenu dans la matrice PDMS était 14 à 19 fois supérieur à celui de l'hydrogel seul. Le module d'élasticité à l'équilibre du composite était de 452 kPa à une plage de déformation de 10 à 30 %, proche des valeurs rapportées pour le module du cartilage testé.

L'hydrogel a également fourni une couche lubrifiante.

Les scientifiques pensent que les applications futures d'un nouveau matériau basé sur la fonction du cartilage remettraient en question de nombreux systèmes d'ingénierie traditionnels lubrifiés à l'huile.

Dr Michael Bryant, Professeur agrégé à l'École de génie mécanique, qui a supervisé la recherche, mentionné; « La capacité d'utiliser l'eau comme lubrifiant efficace a de nombreuses applications, de la production d'énergie aux dispositifs médicaux. Cependant, cela nécessite souvent une approche différente par rapport aux systèmes d'ingénierie traditionnels qui utilisent souvent des lubrifiants à base d'huile et des revêtements à surface dure.

"Ce projet nous a aidés à mieux comprendre ces exigences et à développer de nouveaux outils pour répondre à ce besoin."

Le papier, Fabrication de structures hydrogel/polymère-élastomère intriquées inspirées du cartilage possédant des propriétés poro-élastiques, est publié dans la revue Matériaux polymères appliqués .