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Un substitut cutané imitant la vipère capable de détecter les variations de température.

Des bio-ingénieurs de l’Institut de technologie de la Californie (Caltech) et de l'ETH de Zurich se sont été inspirés de la vipère pour développer un nouveau substitut cutané capable de détecter les changements de température ? Ce nouveau biomatériau pourrait soit être greffé sur des membres prothétiques pour rétablir la détection de la température chez les patients amputés, soit entrer dans la composition de pansements de premiers soins pour alerter les professionnels de santé d’une augmentation de la température au site de la plaie, un signe majeur d'infection.

 

Ce nouveau biomatériau s’est inspiré d’un mécanisme similaire à celui utilisé par l'organe qui permet aux vipères de sentir leur proie. Ce n’est pas la première fois que des dispositifs médicaux innovants s’inspirent de propriétés animales naturelles. On a tous en tête les nouveaux dispositifs de pansement inspirés par le gecko capable d’adhérence en milieu humide…

 

La pectine, une substance sensible à la température :

L’équipe du Caltech a développé, en laboratoire et au départ dans une boîte de Petri, ce matériau qui émet une réponse électrique aux changements de température. Les chercheurs ont remarqué que la pectine, une molécule à longue chaîne présente dans les parois des cellules végétales apportait cette sensibilité à la température. Mieux connue pour ces propriétés de gélification largement exploitées dans l'industrie alimentaire, la substance, très bon marché, change de structure avec la température : lorsque l’équipe crée un film mince et transparent de pectine et d'eau, de l’épaisseur du diamètre d'un cheveu humain, au fur et à mesure que la température augmente, les molécules de pectine dans le film se décomposent. Elles passent d’une structure à double brin légèrement liée qui contient des ions calcium, puis ces liaisons se décomposent libérant les ions calcium chargés positivement. La concentration accrue d'ions calcium libres et/ou leur mobilité accrue entraine une diminution de la résistance électrique dans le matériau, qui peut être détectée avec un multimètre connecté à des électrodes incorporées dans le film.

 

Le film détecte la température à l'aide d'un mécanisme similaire qui permet aux vipères de détecter les proies chaudes dans l'obscurité en détectant le rayonnement de chaleur. Dans ces organes de détection, des canaux ioniques présents dans la membrane cellulaire des fibres nerveuses sensorielles se développent au fur et à mesure que la température augmente. Cette dilatation permet aux ions calcium de s'écouler et de déclencher des impulsions électriques qui signalent la proximité de la proie.

 

Toujours plus sensible !

Les peaux électroniques existantes peuvent détecter des variations de température inférieures à un dixième de °C sur une plage de température de 5°C. La nouvelle peau peut détecter des changements encore plus petits avec une sensibilité 2 fois plus élevée sur une gamme de température de 45 degrés que celles des autres peaux artificielles. L'équipe vise une plage allant jusqu'à 90°C pour ouvrir les applications de ce matériau à l’industrie ou pour créer des « peaux robotisées » permettant d’augmenter les interactions homme-robot ! En attendant, deux applications sont envisagées à plus court terme : la greffe sur des membres prothétiques chez les patients amputés et le développement de pansements intelligents permettant de détecter l’infection de la plaie.

 

Source : Science Robotics via Eurekalert (AAAS) 29-Jan-2017 Engineers create artificial skin that 'feels' temperature changes

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