(Phys.org) — Des chercheurs dirigés par des scientifiques de la Case Western Reserve University se sont tournés vers un modèle improbable pour rendre les dispositifs médicaux plus sûrs et plus confortables :un bec de calmar.

De nombreux implants médicaux nécessitent des matériaux durs qui doivent se connecter ou traverser les tissus mous du corps. Cette inadéquation mécanique entraîne des problèmes tels que des lésions cutanées au niveau des sondes d'alimentation abdominales chez les patients victimes d'un AVC et où les fils traversent la poitrine pour alimenter les pompes cardiaques d'assistance. Entrez le calmar.

La pointe du bec d'un calmar est plus dure que les dents humaines, mais la base est aussi douce que le corps ressemblant à de la gelée de l'animal. Afin de connecter ces deux parties mécaniquement dissemblables du calmar, une grande partie du bec a un gradient mécanique qui agit comme un amortisseur afin que l'animal puisse mordre un poisson avec une force d'écrasement des os sans subir d'usure sur sa bouche charnue .

La technologie de la nature pourrait rendre une gamme de dispositifs médicaux plus confortables et plus sûres pour les patients, des capteurs de glucose pour les diabétiques aux prothèses de bras et de jambes qui se fixent aux os des amputés, disent les chercheurs. Leurs travaux sont publiés aujourd'hui dans le Journal de l'American Chemical Society .

"Nous imitons l'architecture et les propriétés améliorées par l'eau du calmar pour générer ces matériaux, " a déclaré Stuart J. Rowan, le professeur Kent H. Smith de science et d'ingénierie macromoléculaires à Case Western Reserve, et auteur principal.

Rowan a travaillé avec le doctorant Justin D. Fox et le professeur adjoint de génie biomédical Jeffrey R. Capadona au CWRU, et Paul D. Marasco, qui, comme Capadona, est chercheur principal au Advanced Platform Technology Center du Louis Stokes Cleveland Department of Veterans Affairs Medical Center.

D'autres chercheurs ont montré que la structure du bec est un nanocomposite composé d'un réseau de fibres de chitine intégrées dans des protéines structurelles de plus en plus réticulées de la bouche à la pointe. Le gradient est présent lorsque le matériau du bec est sec, mais est considérablement amélioré lorsqu'il est dans l'eau, l'environnement naturel du calmar.

Rowan et Capadona faisaient partie d'une équipe de chercheurs qui avaient précédemment signalé un matériau qui imite la peau du concombre de mer, qui est doux et pliable lorsqu'il est mouillé et rigide et dur lorsqu'il est sec.

Ils pensaient que le matériel, sous forme de film, pourrait être réticulé avec des nanofibres pour maintenir la rigidité lorsqu'il est mouillé. Ils ont rempli le film de nanocristaux de cellulose fonctionnalisés qui, lorsqu'il est exposé à la lumière, former des liens croisés.

Pour augmenter la rigidité à travers le film, une extrémité n'a été exposée à aucune lumière et les sections suivantes à de plus en plus de lumière. Plus l'exposition est longue, plus il y a de liens croisés qui se forment.

Tout comme le bec, le grade de mou à dur était plus raide lorsqu'il était mouillé. L'eau désactive les liaisons non covalentes les plus faibles qui se forment lorsque le matériau est sec.

L'environnement humide à l'intérieur du corps améliorera tout aussi bien le dégradé, ce qui rend cette technologie particulièrement attractive pour les implants, disent les chercheurs.

"Il y a toutes sortes d'endroits en médecine où nous utilisons des matériaux durs mais nous sommes principalement mous, " a déclaré Marasco. Le contraste est une recette pour les plaies et l'infection, performances médiocres et échec de l'implant.

Aiguilles dans les pompes à insuline des diabétiques, les stents métalliques insérés dans les vaisseaux sanguins et les électrodes insérées dans les muscles ou le cerveau pourraient être plus sûrs et plus efficaces si les matériaux restaient durs là où ils doivent l'être, mais tamponnaient les tissus mous environnants.

"Les membres prothétiques sont reliés au bras ou à la jambe avec une douille en plastique dur qui s'adapte sur le membre résiduel, " Marasco a poursuivi. " Mais l'os se déplace sous l'alvéole et peut endommager les tissus mous à l'intérieur, tandis que la douille peut être dure sur la peau où elle entre en contact."

Une meilleure solution, il a dit, serait d'insérer un insert métallique dans l'os à l'intérieur du corps et de fixer une prothèse directement à l'extérieur du corps en utilisant ce genre de tampon mécanique où le métal dur passe à travers la peau molle.

Les chercheurs travaillent déjà sur la prochaine génération de matériaux et de stratégies de réticulation pour rendre le gradient tampon plus raide. La pointe du bec d'un calmar est 100 fois plus dure que sa partie la plus molle, tandis que la pointe dure de ce premier mimique est cinq fois plus dure que son extrémité souple.

"C'est une preuve de concept, " a déclaré Rowan. " Maintenant que nous avons montré que le concept fonctionne, nous devenons maintenant un peu plus compliqués et nous ciblons des matériaux qui nous permettront de nous rapprocher des applications. "