Des chercheurs de l’université Northwestern (États-Unis) ont élaboré une encre à base de nanopétales de graphène grâce à laquelle il est possible d’imprimer des structures microscopiques en 3D qui conservent les propriétés conductrices et la robustesse du matériau. Une innovation majeure qui pourrait servir à la fois à des applications biomédicales et à l’électronique.
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Pouvoir un jour réparer des os, des nerfsnerfs, des muscles grâce à des nanostructures à base de graphènegraphène imprimées en 3D : voici l'une des nombreuses perspectives qu'ouvrent les travaux d'une équipe de scientifiques de l'université Northwestern (Illinois, États-Unis) emmenée par le professeur Ramille Shah. Dans un article publié par la revue ACS Nano, les chercheurs présentent une nouvelle encre composée de graphène destinée à l'impression 3D qui conserve les propriétés électriques et mécaniques de ce matériaumatériau dont on connaît déjà les nombreuses qualités. Sa teneur en graphène est de l'ordre de 60 à 70 %, ce qui est nettement plus élevé que les tentatives précédentes qui ne dépassaient pas les 20 %.

Cette vue microscopique montre le détail d’un échafaudage de graphène fabriqué à partir d’une imprimante 3D et d’une encre mise au point par l’université Northwestern (États-Unis). Sa teneur en graphène de 60 à 70 % lui permet de conserver les propriétés électriques et mécaniques de ce matériau tout en disposant d’une grande élasticité. Biocompatible et biodégradable, cette encre pourrait notamment servir en médecine régénérative et ingénierie tissulaire. © <em>Northwestern University </em>

Cette vue microscopique montre le détail d’un échafaudage de graphène fabriqué à partir d’une imprimante 3D et d’une encre mise au point par l’université Northwestern (États-Unis). Sa teneur en graphène de 60 à 70 % lui permet de conserver les propriétés électriques et mécaniques de ce matériau tout en disposant d’une grande élasticité. Biocompatible et biodégradable, cette encre pourrait notamment servir en médecine régénérative et ingénierie tissulaire. © Northwestern University

Des structures 3D élastiques et conductrices

Pour atteindre un tel pourcentage, les chercheurs ont utilisé le graphène sous forme de pétalespétales microscopiques mélangés avec un polyester biocompatible très élastique et différents solvantssolvants. Au départ, les pétales sont orientés de façon aléatoire dans la solution liquideliquide. Mais lorsque l'encre est extrudée, ils s'alignent dans le sens du flux, créant un filament homogène. Une fois l'encre déposée, ses solvants s'évaporent et elle se solidifie à peu près instantanément. Le polymèrepolymère biocompatible qui sert de liantliant permet de conserver la forme de l'échafaudageéchafaudage de graphène tout en lui conférant souplesse et robustesse. Il est en outre possible d'influer sur l'élasticitéélasticité du matériau en jouant sur la proportion de polymère. Et, plus important encore, l'encre assure une conductivitéconductivité électrique élevée, de l'ordre de 800 siemenssiemens par mètre.

D'après l'équipe de l'université Northwestern, cette solution ouvre de nombreuses possibilités dans les domaines de l'ingénierie tissulaire, de la médecine régénérativemédecine régénérative et, bien entendu, de l'électronique. Pour preuve, les chercheurs ont inséré des cellules souchescellules souches dans un échafaudage de graphène fabriqué avec cette encre. Ils ont non seulement constaté que lesdites cellules survivaient mais aussi qu'elles se multipliaient, se divisaient et se transformaient en cellules nerveuses.

En outre, le fait que l'encre soit biocompatible, biodégradablebiodégradable et élastique ouvre la voie à la création d'implantsimplants et de capteurscapteurs médicaux pouvant être suturés avec des tissus vivants. « Il y a beaucoup de types de tissus différents et il nous faut donc beaucoup de types d'encres », explique le professeur Shah. La chercheuse et son équipe ont développé une trentaine de formules d'encres biocompatibles qui pourraient servir à imprimer des structures 3D pour l'élaboration de tissus et d'organes.