Les chercheurs ont constaté une excellente réparation structurellement stable et restauré la consistance et l'apparence du matériau. Crédit :Imperial College de Londres
Les chercheurs de l'Imperial College de Londres ont créé des blocs de construction 3D qui peuvent se guérir en réponse aux dommages.
Les matériaux vivants conçus (ELM) exploitent la capacité de la biologie à guérir et à reconstituer les matériaux et pourraient réagir aux dommages dans des environnements difficiles à l'aide d'un système de détection et de réponse.
Ce travail, Publié dans Communication Nature , pourrait conduire à la création de matériaux du monde réel qui détectent et guérissent leurs propres dommages, comme réparer une fissure dans un pare-brise, une déchirure dans le fuselage d'un avion ou un nid-de-poule sur la route. En intégrant les blocs de construction dans des matériaux de construction auto-cicatrisants, les scientifiques pourraient réduire la quantité d'entretien nécessaire et prolonger la durée de vie et l'utilité d'un matériau.
L'auteur principal, le professeur Tom Ellis du département de bio-ingénierie de l'Imperial, déclare que « dans le passé, nous avons créé des matériaux vivants avec des capteurs intégrés capables de détecter les signaux et les changements environnementaux. Nous avons maintenant créé des matériaux vivants capables de détecter les dommages et d'y réagir. en se guérissant."
De la même manière que l'architecture utilise des pièces modulaires qui peuvent être assemblées dans une variété de structures de bâtiments, cette recherche démontre que le même principe peut être appliqué à la conception et à la construction de matériaux à base de cellulose bactérienne.
Pour créer des ELM, les chercheurs ont génétiquement modifié des bactéries appelées Komagataeibacter rhaeticus pour leur faire produire des cultures cellulaires 3D fluorescentes en forme de sphère, connu sous le nom de sphéroïdes, et de leur donner des capteurs qui détectent les dommages. Ils ont arrangé les sphéroïdes en différentes formes et motifs, démontrant le potentiel des sphéroïdes en tant que blocs de construction modulaires.
Motifs et formes 3D fabriqués à partir des sphéroïdes. Crédit :Imperial College de Londres
Ils ont utilisé une perforatrice pour endommager une épaisse couche de cellulose bactérienne, le matériau semblable à un échafaudage fabriqué par certaines bactéries sur lesquelles les ELM sont produits. Ils ont ensuite inséré les sphéroïdes fraîchement cultivés dans les trous et, après les avoir incubés pendant trois jours, a vu une excellente réparation qui était structurellement stable et a restauré la consistance et l'apparence du matériau.
Le professeur Ellis dit qu'« en plaçant les sphéroïdes dans la zone endommagée et en incubant les cultures, les blocs étaient capables à la fois de détecter les dommages et de faire repousser le matériau pour le réparer."
Le premier auteur, le Dr Joaquin Caro-Astorga du département de bio-ingénierie de l'Imperial, déclare que leur "découverte ouvre une nouvelle approche où les matériaux cultivés peuvent être utilisés comme modules avec différentes fonctions comme dans la construction. Nous travaillons actuellement sur l'hébergement d'autres organismes vivants dans les sphéroïdes qui peuvent cohabiter avec les bactéries productrices de cellulose.
« Les matières vivantes possibles qui peuvent en découler sont diverses :par exemple, avec des cellules de levure qui sécrètent des protéines médicalement pertinentes, nous pourrions générer des films cicatrisants où des hormones et des enzymes sont produites par un pansement pour améliorer la réparation de la peau."
La popularité croissante de la cellulose bactérienne pour ses propriétés exceptionnelles est la réponse au défi mondial de trouver de nouveaux matériaux avec des comportements fonctionnels mieux adaptés.
Dr Patrick Rose, directeur scientifique de l'US Office of Naval Research Global London, qui a financé en partie la recherche, dit que "le défi est d'imiter et de combiner les caractéristiques distinctes que la biologie a à offrir. Nous n'essayons pas seulement d'imiter ces systèmes, mais concevoir la biologie pour avoir des caractéristiques supplémentaires qui sont plus adaptées aux besoins que nous recherchons sans intervention directe. Finalement, nous voulons augmenter la durée de vie d'un produit, prévenir les défaillances des systèmes avant que le problème ne soit visible à l'œil nu et laisser le matériel réfléchir par lui-même."
La prochaine étape pour ce groupe de chercheurs est de développer de nouveaux blocs de construction sphéroïdes avec différentes propriétés, comme les combiner avec des matériaux comme le coton, graphite et gélatines pour créer des designs plus complexes. Cela pourrait conduire à de nouvelles applications comme les filtres biologiques, l'électronique implantable ou les patchs biocapteurs médicaux.
« Sphéroïdes de cellulose bactérienne en tant que blocs de construction pour les matériaux vivants en 3D et à motifs et pour la régénération » par Ellis et al., publié le 19 août 2021 dans Communication Nature .
