Des piles souples et extensibles inspirées des anguilles électriques
Batterie d'hydrogel pour les objets portables, la robotique souple ou même les implants cérébraux
Des chercheurs ont mis au point des "batteries en gelée" souples et extensibles qui pourraient être utilisées pour des dispositifs portables ou la robotique douce, voire implantées dans le cerveau pour administrer des médicaments ou traiter des maladies telles que l'épilepsie. Les chercheurs de l'université de Cambridge se sont inspirés des anguilles électriques, qui assomment leurs proies à l'aide de cellules musculaires modifiées appelées électrocytes. Comme les électrocytes, les matériaux gélatineux mis au point par les chercheurs de Cambridge ont une structure en couches, comme des Lego collants, qui les rend capables de délivrer un courant électrique.
Des chercheurs ont mis au point des "batteries en gelée" souples et extensibles qui pourraient être utilisées pour des dispositifs portables ou la robotique souple, voire implantées dans le cerveau pour administrer des médicaments ou traiter des maladies telles que l'épilepsie.
University of Cambridge
Les batteries en gelée auto-réparatrice peuvent s'étirer jusqu'à plus de dix fois leur longueur d'origine sans affecter leur conductivité - c'est la première fois qu'une telle extensibilité et une telle conductivité sont combinées dans un seul matériau. Les résultats sont publiés dans la revue Science Advances.
Les batteries en gelée sont fabriquées à partir d'hydrogels : des réseaux 3D de polymères contenant plus de 60 % d'eau. Les polymères sont maintenus ensemble par des interactions on/off réversibles qui contrôlent les propriétés mécaniques de la gelée.
La capacité de contrôler précisément les propriétés mécaniques et d'imiter les caractéristiques des tissus humains fait des hydrogels des candidats idéaux pour la robotique souple et la bioélectronique ; cependant, ils doivent être à la fois conducteurs et extensibles pour de telles applications.
"Il est difficile de concevoir un matériau qui soit à la fois très extensible et très conducteur, car ces deux propriétés sont normalement en contradiction l'une avec l'autre", explique Stephen O'Neill, du département de chimie Yusuf Hamied de Cambridge, premier auteur de l'étude. "Généralement, la conductivité diminue lorsqu'un matériau est étiré.
"Normalement, les hydrogels sont constitués de polymères qui ont une charge neutre, mais si nous les chargeons, ils peuvent devenir conducteurs", a déclaré le Dr Jade McCune, coauteur de l'étude et membre du département de chimie. "En modifiant le composant salin de chaque gel, nous pouvons les rendre collants et les comprimer en plusieurs couches, ce qui nous permet d'obtenir un potentiel énergétique plus important.
L'électronique conventionnelle utilise des matériaux métalliques rigides avec des électrons comme porteurs de charge, tandis que les batteries en gelée utilisent des ions pour transporter la charge, comme des anguilles électriques.
Les hydrogels adhèrent fortement les uns aux autres grâce aux liaisons réversibles qui peuvent se former entre les différentes couches, à l'aide de molécules en forme de tonneau appelées cucurbiturils, qui sont comme des menottes moléculaires. La forte adhésion entre les couches fournie par les menottes moléculaires permet d'étirer les piles en gelée sans que les couches ne se détachent et, surtout, sans perte de conductivité.
Les propriétés des piles en gelée les rendent prometteuses pour une utilisation future dans des implants biomédicaux, car elles sont souples et se moulent aux tissus humains. "Nous pouvons personnaliser les propriétés mécaniques des hydrogels pour qu'elles correspondent aux tissus humains", explique le professeur Oren Scherman, directeur du laboratoire Melville pour la synthèse des polymères, qui a dirigé les recherches en collaboration avec le professeur George Malliaras du département d'ingénierie. "Comme ils ne contiennent pas de composants rigides tels que le métal, les implants en hydrogel risquent beaucoup moins d'être rejetés par l'organisme ou de provoquer la formation de tissus cicatriciels".
Outre leur souplesse, les hydrogels sont étonnamment résistants. Ils peuvent résister à l'écrasement sans perdre définitivement leur forme d'origine et peuvent s'auto-guérir lorsqu'ils sont endommagés.
Les chercheurs prévoient des expériences futures pour tester les hydrogels dans des organismes vivants afin d'évaluer leur pertinence pour une série d'applications médicales.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Autres actualités du département science
Recevez les dernières actualités de l’industrie chimique
Ne manquez plus aucune actualité : notre newsletter consacrée à l'industrie chimique, aux méthodes analytiques, aux laboratoires et à la technologie des processus vous informe tous les mardis et jeudis. Les dernières nouvelles du secteur, les produits phares et les innovations - de manière compacte et compréhensible dans votre boîte de réception. Recherché par nos soins, pour que vous n'ayez pas à le faire.
