Des chercheurs de la HKUST innovent en matière de techniques d'auto-évaluation

Sep 01, 2023

Université des sciences et technologies de Hong Kong

image : Fabrication de films nanocristallins piézoélectriques de β-glycine et du mécanisme d'auto-assemblage actif via un nanoconfinement synergique et un poleing in situ.Voir plus

Crédit : HKUST

Une équipe de recherche dirigée par l'Université des sciences et technologies de Hong Kong (HKUST) a développé une nouvelle technique pour auto-assembler une fine couche d'acides aminés avec une orientation ordonnée sur une grande surface qui démontre une résistance piézoélectrique élevée, rendant ainsi la fabrication de produits biocompatibles et des microdispositifs médicaux biodégradables, tels qu'un stimulateur cardiaque et un biocapteur implantable, seront bientôt possibles.

La génération de bioélectricité à partir de l’effet piézoélectrique – conversion réversible entre les énergies mécanique et électrique – a une signification physiologique dans les systèmes vivants. Les charges piézoélectriques générées par le tibia humain lors de la marche stimulent le remodelage et la croissance osseuse. En outre, le potentiel piézoélectrique généré dans les poumons pendant la respiration pourrait aider à lier l’oxygène à l’hémoglobine.

Actuellement, la plupart des matériaux piézoélectriques sont rigides, cassants et certains d’entre eux contiennent même des matériaux toxiques comme le plomb et le quartz, ce qui les rend impropres à une implantation dans le corps humain. Les biomatériaux piézoélectriques tels que les acides aminés sont des alternatives prometteuses car ils présentent naturellement une biocompatibilité, une fiabilité et une durabilité. Cependant, la manipulation de biomolécules à grande échelle avec une orientation alignée pour un fonctionnement correct s’est avérée difficile et est restée un défi académique international pendant 80 ans.

Pour relever ce défi de longue date, une équipe dirigée par le professeur Zhengbao YANG, professeur agrégé au département de génie mécanique et aérospatial de HKUST, a récemment développé une stratégie d'auto-assemblage actif pour adapter des films minces de biomatériaux piézoélectriques via un nanoconfinement synergique et in situ. polarisation (voir figure). Il permet aux biomolécules de s’auto-assembler sur une très grande surface avec la même orientation. Plus important encore, sur la base de cette nouvelle technique, l’équipe a découvert que les films d’un type d’acide aminé, la β-glycine, présentent un coefficient de déformation piézoélectrique amélioré de 11,2 pmV−1, ce qui est le plus élevé par rapport aux autres films biomoléculaires.

Leurs films biomoléculaires piézoélectriques auto-assemblés sont capables de produire des signaux électriques à partir du stress mécanique produit par l'étirement musculaire, la respiration, la circulation sanguine et les petits mouvements du corps. Ne nécessitant aucune pile, ils se dissoudront simplement dans le corps une fois leur mission terminée.

Le professeur Yang a déclaré : « Notre étude montre une réponse piézoélectrique uniformément élevée et une excellente thermostabilité sur l'ensemble des films de β-glycine. Les excellentes performances de sortie, la biocompatibilité naturelle et la biodégradabilité des films nanocristallins de β-glycine ont des implications pratiques pour les applications électromécaniques biologiques transitoires de haute performance, telles que les biocapteurs implantables, l'alimentation électrique de charge sans fil pour l'électronique biorésorbable, les puces intelligentes et d'autres fins d'ingénierie biomédicale. .»

L'équipe continuera d'examiner les moyens d'améliorer la flexibilité du film pour s'adapter aux tissus biologiques et de parvenir à une production de masse à faible coût de films piézoélectriques biorésorbables. Ils cherchent également à mener des expériences sur des animaux pour démontrer des applications biomédicales in vivo.

Cette étude est un travail de collaboration avec la City University de Hong Kong et l’Université de Wollongong en Australie. Les résultats de la recherche ont été récemment publiés dans Nature Communications.

Nature

10.1038/s41467-023-39692-y

Étude expérimentale

N'est pas applicable

Auto-assemblage actif de films biomoléculaires piézoélectriques via nanoconfinement synergique et polarisation in situ

11-juil-2023

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