Un nouveau développement nanotechnologique par une équipe de recherche internationale dirigée par des chercheurs de l'Université de Tel Aviv permettra de générer des courants électriques et des tensions dans le corps humain grâce à l'activation de divers organes (force mécanique). Les chercheurs expliquent que le développement implique un nouveau matériel biologique très résistant, semblable au collagène, qui est non toxique et ne cause aucun dommage aux tissus du corps. Les chercheurs pensent que cette nouvelle nanotechnologie a de nombreuses applications potentielles en médecine, y compris la récolte d'énergie propre pour faire fonctionner des appareils implantés dans le corps (tels que des stimulateurs cardiaques) grâce aux mouvements naturels du corps, éliminant le besoin de piles.

L'étude a été dirigée par le professeur Ehud Gazit de la Shmunis School of Biomedicine and Cancer Research de la Wise Faculty of Life Sciences, le Département de science et d'ingénierie des matériaux de la Faculté d'ingénierie Fleischman et le Centre de nanosciences et de nanotechnologies, avec son équipe de laboratoire, Dr Santu Bera et Dr Wei Ji.

Ont également participé à l'étude des chercheurs de l'Institut Weizmann et d'un certain nombre d'instituts de recherche en Irlande, Chine et Australie. À la suite de leurs découvertes, les chercheurs ont reçu deux subventions ERC-POC visant à utiliser la recherche scientifique de la subvention ERC que Gazit avait précédemment remportée pour la technologie appliquée. La recherche a été publiée dans la prestigieuse revue Communication Nature .

le professeur Gazit, qui est également directeur fondateur du Blavatnik Center for Drug Discovery, explique :« Le collagène est la protéine la plus répandue dans le corps humain, constituant environ 30% de toutes les protéines de notre corps. C'est un matériau biologique avec une structure hélicoïdale et une variété de propriétés physiques importantes, telles que la résistance mécanique et la flexibilité, qui sont utiles dans de nombreuses applications. Cependant, parce que la molécule de collagène elle-même est grande et complexe, les chercheurs recherchent depuis longtemps un minimaliste, molécule courte et simple à base de collagène et présentant des propriétés similaires. Il y a environ un an et demi, dans la revue Matériaux naturels , notre groupe a publié une étude dans laquelle nous avons utilisé des moyens nanotechnologiques pour concevoir un nouveau matériau biologique répondant à ces exigences. Il s'agit d'un tripeptide - une molécule très courte appelée Hyp-Phe-Phe composée de seulement trois acides aminés - capable d'un processus simple d'auto-assemblage pour former une structure hélicoïdale semblable au collagène qui est flexible et possède une résistance similaire à celle de le métal titane. Dans la présente étude, nous avons cherché à examiner si le nouveau matériau que nous avons développé présente une autre caractéristique qui caractérise le collagène :la piézoélectricité. La piézoélectricité est la capacité d'un matériau à générer des courants électriques et une tension à la suite de l'application d'une force mécanique, ou vice versa, pour créer une force mécanique à la suite d'une exposition à un champ électrique.

Dans l'étude, les chercheurs ont créé des structures nanométriques du matériau d'ingénierie, et avec l'aide d'outils nanotechnologiques avancés, appliqué une pression mécanique sur eux. L'expérience a révélé que le matériau produit effectivement des courants électriques et des tensions en raison de la pression. De plus, de minuscules structures de quelques centaines de nanomètres seulement ont démontré l'un des niveaux de capacité piézoélectrique les plus élevés jamais découverts, comparable ou supérieur à celui des matériaux piézoélectriques couramment trouvés sur le marché d'aujourd'hui (dont la plupart contiennent du plomb et ne sont donc pas adaptés aux applications médicales).

Selon les chercheurs, la découverte d'une piézoélectricité de cette ampleur dans un matériau nanométrique est d'une grande importance, car il démontre la capacité du matériau technique à servir de sorte de petit moteur pour de très petits appareils. Prochain, les chercheurs prévoient d'appliquer des méthodes de cristallographie et de mécanique quantique computationnelle (théorie fonctionnelle de la densité) afin d'acquérir une compréhension approfondie du comportement piézoélectrique du matériau et ainsi permettre l'ingénierie précise des cristaux pour la construction de dispositifs biomédicaux.

Le professeur Gazit ajoute :« La plupart des matériaux piézoélectriques que nous connaissons aujourd'hui sont des matériaux toxiques à base de plomb, ou polymères, ce qui signifie qu'ils ne sont pas respectueux de l'environnement et du corps humain. Notre nouveau matériel, cependant, est complètement biologique, et donc adapté aux utilisations dans le corps. Par exemple, un appareil fabriqué à partir de ce matériau peut remplacer une batterie qui fournit de l'énergie aux implants comme les stimulateurs cardiaques, bien qu'il doive être remplacé de temps en temps. Les mouvements du corps, comme les battements de cœur, mouvements de la mâchoire, mouvements intestinaux, ou tout autre mouvement qui se produit régulièrement dans le corps - chargera l'appareil en électricité, qui activera continuellement l'implant."

Maintenant, dans le cadre de leurs recherches continues, les chercheurs cherchent à comprendre les mécanismes moléculaires du matériau fabriqué dans le but de réaliser son immense potentiel et de transformer cette découverte scientifique en technologie appliquée. À ce stade, l'accent est mis sur le développement de dispositifs médicaux, mais le professeur Gazit souligne que « des matériaux piézoélectriques respectueux de l'environnement, comme celui que nous avons développé, ont un potentiel énorme dans un large éventail de domaines car ils produisent de l'énergie verte en utilisant une force mécanique qui est utilisée de toute façon. Par exemple, une voiture roulant dans la rue peut allumer les lampadaires. Ces matériaux peuvent également remplacer les matériaux piézoélectriques contenant du plomb qui sont actuellement largement utilisés, mais cela soulève des inquiétudes quant à la fuite de métal toxique dans l'environnement."