Des chercheurs de l'Imperial College de Londres ont créé des blocs 3D capables de se réparer automatiquement en cas de dommage. Ces « briques vivantes » spécialement conçues exploitent la capacité de la biologie à guérir et à reconstituer la matière.
L'oeuvre, publié dans Nature Communications, pourrait conduire à la création de matériaux qui détectent et guérissent leurs propres dommages. Des matériaux capables de réparer une fissure dans un pare-brise, une déchirure dans le fuselage d'un avion ou un trou dans la route.
Des briques vivantes qui se réparent
En intégrant des éléments de base dans des matériaux de construction auto-réparateurs, les scientifiques pourraient réduire la quantité d'entretien nécessaire et prolonger la durée de vie et l'utilité d'un matériau.
Dans le passé, nous avons créé biomatériaux vivant avec des capteurs intégrés capables de détecter les signaux et les changements environnementaux. Nous avons maintenant créé des « briques » vivantes capables de détecter les dommages et d'y réagir. Se soigner et se réparer.
Tom Ellis, Département de bio-ingénierie de l'Imperial College, premier auteur de l'étude
Comment fonctionnent les matériaux d'auto-guérison ?
De la même manière que l’architecture utilise des briques modulaires pouvant être assemblées pour former diverses structures de bâtiment, cette recherche démontre que le même principe peut être appliqué à la conception et à la construction de matériaux à base de cellulose bactérienne.
Pour créer ces matériaux, les chercheurs ont modifié génétiquement des bactéries appelées Komagataeibacter rheticus pour leur faire produire des cultures cellulaires 3D fluorescentes en forme de sphère, appelées sphéroïdes, et pour leur fournir des capteurs qui détectent les dommages. Ils ont ensuite organisé les sphéroïdes en différentes formes et motifs, démontrant le potentiel des sphéroïdes en tant que « blocs de construction modulaires ».
Les résultats
L’équipe a utilisé un perforateur pour endommager une épaisse couche de cellulose bactérienne, un matériau semblable à un échafaudage produit par certaines bactéries. Ils ont ensuite inséré les sphéroïdes nouvellement développés dans les trous et, après les avoir incubés pendant trois jours, ont constaté une excellente réparation structurellement stable qui a restauré la texture et l’apparence du matériau.
En plaçant les sphéroïdes dans la zone endommagée et en incubant les cultures, les briques vivantes ont pu à la fois détecter les dégâts et faire repousser le matériau pour les réparer.
Tom Ellis
Cette découverte ouvre une nouvelle approche dans laquelle les matériaux cultivés peuvent être utilisés comme modules avec des fonctions supplémentaires aux fonctions constructives.
Applications possibles : des briques vivantes pour chaque usage
Les briques vivantes possibles qui peuvent en découler sont nombreuses : par exemple, avec des cellules de levure qui sécrètent des protéines médicalement pertinentes, des films réparateurs cutanés pourraient être fabriqués en produisant eux-mêmes les hormones et les enzymes nécessaires.
Le défi est d'imiter et de combiner les différentes caractéristiques que la biologie a à offrir. Il ne s'agit pas seulement d'émuler ces systèmes, mais de concevoir la biologie pour lui donner des fonctionnalités supplémentaires.
La prochaine étape pour ce groupe de chercheurs est de développer de nouvelles briques vivantes, des sphéroïdes aux propriétés différentes. Vous devez également les combiner avec des matériaux comme le coton, le graphite et les gelées pour créer des projets plus complexes.
La recherche pourrait conduire à de nouveaux dispositifs électroniques implantables ou à des patchs de biocapteurs médicaux.
