Des hydrogels fabriqués de façon plus sûre et écologique grâce aux ultrasons
En collaboration avec Polytechnique Montréal, une équipe de recherche de l’Université McGill a mis au point une nouvelle méthode de fabrication d’hydrogels à l’aide d’ultrasons, éliminant ainsi le recours à des initiateurs chimiques toxiques. Cette découverte offre une approche plus rapide, plus propre et plus durable de la fabrication des hydrogels, et donne un produit plus solide, plus souple et très résistant au gel et à la déshydratation. Cette nouvelle méthode devrait également faciliter les progrès dans les domaines du génie tissulaire, des bioadhésifs et de la bio-impression 3D.
Les hydrogels sont des gels composés de polymères capables d’absorber et de retenir de grandes quantités d’eau. Ils sont largement utilisés dans les pansements, l’administration de médicaments, le génie tissulaire, la robotique souple, les lentilles de contact souples, etc.
Un hydrogel fabriqué en quelques minutes
La fabrication traditionnelle des hydrogels repose sur des « initiateurs » chimiques, dont certains peuvent être nocifs, en particulier dans les applications médicales. Ces « initiateurs » sont des produits qui déclenchent des réactions chimiques en chaîne. L’équipe de recherche de McGill, dirigée par le professeur de génie mécanique Jianyu Li, a mis au point une autre méthode de fabrication, qui repose sur les ultrasons. Lorsqu’on expose un précurseur liquide aux ultrasons, les ondes sonores créent des bulles microscopiques qui éclatent en dégageant beaucoup d’énergie, ce qui conduit à la formation d’un gel en seulement quelques minutes.
« Le problème que nous cherchions à résoudre était celui de l’utilisation d’initiateurs chimiques toxiques, explique le Pr Li. Notre méthode de fabrication élimine le recours à ces produits. Le processus est donc plus sûr pour l’organisme et meilleur pour l’environnement. »
Cette technique reposant sur les ultrasons porte le nom de « sonogel ».
« La synthèse classique d’un hydrogel peut prendre des heures, voire toute une nuit avec la lumière UV, précise le professeur. Or, avec les ultrasons, cela ne prend que cinq minutes. »
Une révolution dans les applications biomédicales
L’une des possibilités les plus prometteuses de cette technologie est le traitement médical non invasif. En effet, comme les ondes ultrasoniques peuvent pénétrer profondément dans les tissus, cette méthode pourrait permettre la formation d’hydrogel dans le corps, sans intervention chirurgicale.
« On pourrait injecter un précurseur liquide et utiliser des ultrasons pour le solidifier précisément au bon endroit, expose Jianyu Li. Cela pourrait changer la donne dans le traitement des lésions tissulaires et en médecine régénérative. En affinant cette technique, nous pourrions même ouvrir de nouvelles possibilités pour une production plus sûre et écologique. »
Cette technique ouvre également la voie à la bio-impression 3D par ultrasons : au lieu de recourir à la lumière ou à la chaleur, les chercheurs pourraient utiliser des ondes sonores pour « imprimer » avec précision des structures d’hydrogel.
« En exploitant les ultrasons focalisés à haute intensité, nous pouvons façonner et construire des hydrogels avec une précision remarquable », conclut Jean Provost, l’un des coauteurs de l’étude, et professeur adjoint de génie physique à Polytechnique Montréal.
L’étude
L’article « Ultrasound Cavitation Enables Rapid, Initiator-Free Fabrication of Tough Anti-Freezing Hydrogels by Yixun Cheng », par Jianyu Li et coll., a été publié dans la revue Advanced Science. Cette étude a été financée par le programme NOVA FRQNT-CRSNG.
