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Des chercheurs de l’État de Caroline du Nord transforment des sous-produits du bois en hydrogels sensoriels qui peuvent réagir à différents stimuli et, grâce à des méthodes de fabrication avancées, sont transformés en matériaux intelligents durables et biodégradables qui peuvent être utilisés dans l’agriculture, les soins de santé et même la médecine vétérinaire.

Un hydrogel

« L’avenir est plus durable, et les nanotechnologies, les nanomatériaux et les biomatériaux font partie de cet avenir », a déclaré Lokendra Pal, professeur associé de biomatériaux forestiers.
Les hydrogels sont des matériaux polymères poreux qui contiennent jusqu’à 90 % d’eau. Comme ils sont chargés d’eau, ils sont perméables au niveau moléculaire, ce qui signifie qu’ils peuvent être adaptés par des modifications chimiques et mécaniques pour changer physiquement et chimiquement lorsqu’ils sont soumis à certains stimuli, comme la température, la pression et l’humidité. Ces changements peuvent être surveillés par des transducteurs électriques ou mécaniques ou simplement par la vue.
Les chercheurs du département des biomatériaux forestiers ont transformé la carboxyméthylcellulose et les nanomatériaux de cellulose, que l’on trouve en abondance dans les arbres et les résidus agricoles, en hydrogels biodégradables grâce à une fabrication avancée. Cette innovation constitue une solution durable à toute une série de grands problèmes. Prenez, par exemple, l’insécurité alimentaire, qui est influencée par les parasites, les maladies des plantes et le changement climatique.
« Nous envisageons l’agriculture verte », a déclaré M. Pal. « Certaines plantes réagissent à différentes longueurs d’onde de la lumière, de sorte que le matériau peut être utilisé dans des serres ou d’autres endroits adaptés. Les longueurs d’onde peuvent être dirigées de manière à ce que les plantes poussent plus vite. L’agriculture, en particulier dans les régions les plus peuplées du monde, souffrira des contraintes excessives sur les plantes induites par le changement climatique. Ces matériaux peuvent fournir un micro-environnement pour y faire face. »

Pour des lentilles de contact

Et comme la population mondiale vieillit, il y a un besoin croissant de soins assistés, d’outils de diagnostic et de dispositifs sensoriels. Ce matériau peut même être utilisé dans les lentilles de contact, répondant aux exigences des yeux en matière de friction, d’oxygène et de confort. « Nous pouvons régler les propriétés de ces matériaux, comme le taux de transmission de l’oxygène, et ils peuvent être personnalisés en fonction des besoins des gens et fabriqués à la demande à l’aide d’une imprimante 3D », a déclaré Pal. « Il n’y a pas de taille unique ».
Les hydrogels sont tellement personnalisables que Pal et ses collègues envisagent de créer une lentille similaire pour les animaux. Alors qu’ils participaient au programme Innovation Corps de la National Science Foundation, ils ont réalisé que les animaux se remettant de blessures ou d’interventions chirurgicales aux yeux pourraient bénéficier d’un bandage de type gel sensoriel.
« Les humains peuvent vous dire s’ils ont des problèmes avec leurs yeux », a déclaré Pal. « Parce que ces hydrogels ont un mécanisme de détection, un déclencheur peut le faire changer de couleur ou avoir une autre réaction. Les animaux ne peuvent pas vous expliquer, mais avec ceux-ci, vous pouvez voir ce qui se passe. »

Poursuivre les recherches

L’objectif est maintenant de collaborer avec le collège de médecine vétérinaire de l’État de Caroline du Nord pour poursuivre les recherches et les tests. Bien que ce processus soit en cours, il pourrait s’écouler un an avant que l’équipe ne commercialise des hydrogels sensoriels pour l’agriculture, en étudiant la protection des cultures et l’agriculture biologique.
Cette recherche a été publiée dans ACS Applied Bio Materials.
Source : North Carolina State University
Crédit photo : iStock

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