Inspiré par la nature, la recherche pour développer un nouveau matériau porteur – Technoguide

Les ingénieurs ont développé un nouveau matériau qui imite le cartilage humain – le système d’absorption des chocs et de lubrification du corps, et il pourrait annoncer le développement d’une nouvelle génération de roulements légers.

Le cartilage est un tissu fibreux mou trouvé autour des articulations qui offre une protection contre la charge compressive générée par la marche, la course ou le levage. Il fournit également une couche protectrice et lubrifiante permettant aux os de passer les uns sur les autres sans frottement. Depuis des années, les scientifiques tentent de créer un matériau synthétique ayant les propriétés du cartilage.

À ce jour, ils ont eu des résultats mitigés.

Mais dans un article publié dans la revue Applied Polymer Materials, des chercheurs de l’Université de Leeds et de l’Imperial College de Londres ont annoncé avoir créé un matériau qui fonctionne comme du cartilage.

L’équipe de recherche pense qu’un matériau de type cartilage aurait un large éventail d’utilisations en ingénierie.

Le cartilage est un matériau poreux biphasique, c’est-à-dire qu’il existe en phases solide et fluide. Il passe à sa phase fluide en absorbant une substance visqueuse produite dans les articulations appelée liquide synovial. Ce fluide lubrifie non seulement les articulations mais, lorsqu’il est maintenu dans la matrice poreuse du cartilage, il fournit un coussin hydroélastique contre les forces de compression.

Parce que le cartilage est poreux, le liquide synovial finit par s’écouler et, ce faisant, il aide à dissiper les forces énergétiques traversant le corps, protégeant les articulations de l’usure et des blessures par impact. À ce stade, le cartilage retourne à sa phase de vente, prêt pour le cycle à répéter.

Le Dr Siavash Soltanahmadi, chercheur à l’École de génie mécanique de Leeds, qui a dirigé la recherche, a déclaré: «Les scientifiques et les ingénieurs tentent depuis des années de développer un matériau qui possède les propriétés étonnantes du cartilage. Nous avons maintenant développé un matériau pour des applications d’ingénierie qui imitent certaines des propriétés les plus importantes trouvées dans le cartilage, et cela n’a été possible que parce que nous avons trouvé un moyen d’imiter la façon dont la nature le fait.

«Il existe de nombreuses applications en ingénierie pour un matériau synthétique souple mais capable de supporter des charges lourdes avec une usure minimale, comme dans les roulements. Il existe un potentiel dans toute l’ingénierie pour un matériau qui se comporte comme du cartilage.

Des tentatives antérieures de développement d’un système de cartilage synthétique se sont concentrées sur l’utilisation d’hydrogels, des matériaux qui absorbent l’eau. Les hydrogels sont bons pour réduire le frottement, mais fonctionnent mal lorsqu’ils sont soumis à une force de compression.

L’un des problèmes est qu’il faut du temps à l’hydrogel pour retrouver sa forme normale après avoir été comprimé.

Les chercheurs ont surmonté ce problème en créant un matériau poreux synthétique constitué d’un hydrogel contenu dans une matrice de polydiméthylsiloxane ou PDMS – un polymère à base de silicone. La matrice garde la forme de l’hydrogel.

Dans l’article, les scientifiques rapportent que le comportement de portance de l’hydrogel contenu dans la matrice PDMS était 14 à 19 fois supérieur à celui de l’hydrogel seul. Le module d’élasticité à l’équilibre du composite était de 452 kPa dans une plage de déformation de 10% à 30%, proche des valeurs rapportées pour le module de cartilage testé.

L’hydrogel a également fourni une couche lubrifiante.

Les scientifiques pensent que les applications futures d’un nouveau matériau basé sur la fonction du cartilage remettraient en question de nombreux systèmes d’ingénierie traditionnels lubrifiés à l’huile.

Le Dr Michael Bryant, professeur agrégé à l’École de génie mécanique, qui a supervisé la recherche, a déclaré; «La capacité d’utiliser l’eau comme lubrifiant efficace a de nombreuses applications, de la production d’énergie aux dispositifs médicaux. Cependant, cela nécessite souvent une approche différente par rapport aux systèmes d’ingénierie traditionnels qui utilisent souvent des lubrifiants à base d’huile et des revêtements à surface dure.

“Ce projet nous a aidés à mieux comprendre ces exigences et à développer de nouveaux outils pour répondre à ce besoin.”

Source de l’histoire:

Matériel fourni par l’Université de Leeds. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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