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Un matériau qui s'épaissit lorsque l’on tire dessus semble contredire les lois de la physique. Des chercheurs de l'Empa testent ces matériaux dits "auxétiques" pour traiter des blessures et des lésions tissulaires.
Un veau suçant le lait d'une vache mère utilise une propriété physique fascinante de la tétine: il s'agit d'un tissu auxétique. Paradoxalement, ces tissus ne deviennent pas plus étroits lorsqu'ils sont sous tension, comme un élastique, mais plus larges, transversalement à la direction de la traction.
Ainsi, le lait peut s'écouler librement dans la tétine lorsque le veau tire dessus. Des chercheurs du Laboratoire fédéral d'essai des matériaux et de recherche (Empa) présentent dans la revue Nature Communications les étonnantes propriétés de membranes en nanofibres dotées d'un large éventail d'applications.
L'une d'entre elles est l'utilisation pour régénérer les tissus humains après des blessures. Les lésions cutanées ou tissulaires des organes internes guérissent, entre autres, par la migration des cellules, la sédimentation et la formation d'un tissu de remplacement sain.
Fournir un échafaudage
La régénération peut être facilitée si un échafaudage approprié est fourni, les cellules désirées nichant plus facilement et se développant le long des structures données.
Au Laboratoire de biomimétique des membranes et textiles de l'Empa à Saint-Gall, les chercheurs ont mis au point de nouveaux systèmes matriciels pour les cellules corporelles. Les polymères sont apprêtés par électrofilage sous forme de filaments ultrafins. Cela permet de produire des membranes multicouches à partir de nanofibres biocompatibles et insérables dans le corps humain.
"L'utilisation de biopolymères tels que l'acide polylactique dans le processus de filage permet même de dégrader les membranes dans l'organisme", explique Giuseppino Fortunato, chercheur à l'Empa, cité mardi dans un communiqué. De plus, des substances messagères et des médicaments peuvent être stockés dans les fibres pour une libération contrôlée et réduite au minimum.
Taille de pore attrayante
L'un des défis a été de rendre la taille des pores de la membrane filée aussi attrayante que possible pour les cellules corporelles souhaitées. La membrane a été exposée à des forces de traction douces, de sorte qu'elle s'est allongée d'environ 10%, et au lieu de s'amincir, le volume du matériau a été multiplié par 5 et l'épaisseur même par 10.
"Un effet auxétique de cette ampleur est presque un record mondial", s'enthousiasme Alexander Ehret, chercheur au laboratoire de mécanique des continuums expérimentaux.
L'effet s'explique par des fibres qui se réalignent sous tension et exercent une pression sur leurs homologues transversales dans le réseau. En fonction de leur longueur et de leur épaisseur, les fibres sous pression sont forcées de se plier vers le haut et vers le bas, ce qui entraîne une augmentation du volume.
En principe, les membranes électrofilées conviennent au traitement des plaies et des lésions tissulaires dans des endroits aussi divers que la peau, les vaisseaux sanguins, les organes internes ou les lésions osseuses.
Outre son utilisation en biomédecine, le concept, pour lequel un brevet a été déposé, peut également être appliqué dans de nombreux autres domaines, par exemple pour des filtres réglables ou des matériaux de remplissage qui se dilatent sur demande.