Inspiré par de minuscules nanostructures sur des ailes de papillon transparentes, Les ingénieurs de Caltech ont développé un analogue synthétique pour les implants oculaires qui les rend plus efficaces et durables. Un article sur la recherche a été publié dans Nature Nanotechnologie .

Les sections des ailes d'un papillon à longue queue sont presque parfaitement transparentes. Il y a trois ans, Le chercheur postdoctoral de Caltech, Radwanul Hasan Siddique, qui travaillait à l'époque sur une thèse impliquant une espèce d'aile de verre à l'Institut de technologie de Karlsruhe en Allemagne, a découvert la raison :les sections transparentes des ailes sont recouvertes de minuscules piliers, chacun d'environ 100 nanomètres de diamètre et espacés d'environ 150 nanomètres. La taille de ces piliers, 50 à 100 fois plus petite que la largeur d'un cheveu humain, leur confère des propriétés optiques inhabituelles. Les piliers redirigent la lumière qui frappe les ailes afin que les rayons passent à travers quel que soit l'angle d'origine sous lequel ils frappent les ailes. Par conséquent, il n'y a presque aucune réflexion de la lumière de la surface de l'aile.

En effet, les piliers rendent les ailes plus claires que s'ils étaient faits de verre ordinaire.

Cette propriété de redirection, connu sous le nom d'antireflet indépendant de l'angle, attiré l'attention de Hyuck Choo de Caltech. Au cours des dernières années, Choo a développé un implant oculaire qui permettrait d'améliorer la surveillance de la pression intra-oculaire chez les patients atteints de glaucome. Le glaucome est la deuxième cause de cécité dans le monde. Bien que le mécanisme exact par lequel la maladie endommage la vue soit encore à l'étude, la théorie dominante suggère que des pics soudains de pression à l'intérieur de l'œil endommagent le nerf optique. Les médicaments peuvent réduire la pression oculaire accrue et prévenir les dommages, mais idéalement, il doit être pris dès les premiers signes d'un pic de pression oculaire.

"À l'heure actuelle, la pression oculaire est généralement mesurée quelques fois par an dans le cabinet d'un médecin. Les patients atteints de glaucome ont besoin d'un moyen de mesurer leur pression oculaire facilement et régulièrement, " dit Choo, professeur adjoint de génie électrique à la Division de l'ingénierie et des sciences appliquées et chercheur à l'Institut de recherche médicale du patrimoine.

Choo a développé un implant oculaire en forme de petit tambour, la largeur de quelques mèches de cheveux. Lorsqu'il est inséré dans un œil, sa surface fléchit avec l'augmentation de la pression oculaire, rétrécissant la profondeur de la cavité à l'intérieur du tambour. Cette profondeur peut être mesurée par un lecteur portable, donnant une mesure directe de la pression sous laquelle l'implant est soumis.

Une faiblesse de l'implant, cependant, a été que pour obtenir une mesure précise, le lecteur optique doit être tenu presque parfaitement perpendiculaire - à un angle de 90 degrés (plus ou moins 5 degrés) - par rapport à la surface de l'implant. Sous d'autres angles, le lecteur donne une mesure incorrecte.

Et c'est là que les papillons Glasswing entrent en scène. Choo a estimé que la propriété optique indépendante de l'angle des nanopiliers des papillons pourrait être utilisée pour garantir que la lumière passerait toujours perpendiculairement à travers l'implant, rendant l'implant insensible à l'angle et fournissant une lecture précise quelle que soit la façon dont le lecteur est tenu.

Il a engagé Siddique pour travailler dans son laboratoire, et les deux, travailler avec l'étudiant diplômé de Caltech Vinayak Narasimhan, trouvé un moyen de clouer l'implant oculaire avec des piliers approximativement de la même taille et de la même forme que ceux des ailes du papillon, mais fabriqués à partir de nitrure de silicium, un composé inerte souvent utilisé dans les implants médicaux. Expérimenter différentes configurations de taille et de placement des piliers, les chercheurs ont finalement réussi à tripler l'erreur dans les lectures des implants oculaires.

« Les nanostructures libèrent le potentiel de cet implant, ce qui permet aux patients atteints de glaucome de tester quotidiennement leur propre pression oculaire, " dit Choo.

La nouvelle surface confère également aux implants une longue durée de vie, propriété anti-biofouling non toxique.

Dans le corps, les cellules ont tendance à s'accrocher à la surface des implants médicaux et, heures supplémentaires, gommez-les. Une façon d'éviter ce phénomène, appelé biofouling, consiste à enduire les implants médicaux d'un produit chimique qui décourage la fixation des cellules. Le problème est que ces revêtements finissent par s'user.

Les nanopiliers créés par l'équipe de Choo, cependant, travailler d'une manière différente. Contrairement aux nanopiliers du papillon, les nanopiliers fabriqués en laboratoire sont extrêmement hydrophiles, ce qui signifie qu'ils attirent l'eau. À cause de ce, l'implant, une fois dans les yeux, est bientôt enrobé d'une couche d'eau. Les cellules glissent au lieu de prendre pied.

"Les cellules se fixent à un implant en se liant à des protéines qui adhèrent à la surface de l'implant. L'eau, cependant, empêche ces protéines d'établir une connexion forte sur cette surface, " dit Narasimhan. Les premiers tests suggèrent que l'implant équipé de nanopiliers réduit par dix l'encrassement biologique par rapport aux conceptions précédentes, grâce à cette propriété anti-biofouling.

Pouvoir éviter l'encrassement biologique est utile pour tout implant, quel que soit son emplacement dans le corps. L'équipe prévoit d'explorer quels autres implants médicaux pourraient bénéficier de leurs nouvelles nanostructures, qui peut être produit en masse à peu de frais.

L'étude s'intitule "Nanostructures biophotoniques multifonctionnelles inspirées des ailes de papillon à longue queue en verre pour les dispositifs médicaux".