Une nouvelle peau artificielle inspirée du calmar résiste au froid extrême et tue les microbes
La rédaction ·
La capacité du calmar à changer la couleur de sa peau en réponse à des informations environnementales complexes fascine les scientifiques depuis des décennies. Aujourd'hui, des chercheurs chinois se sont inspirés des calmars pour créer une nouvelle peau artificielle qui peut non seulement résister au froid extrême, mais aussi tuer les bactéries et les champignons, ouvrant la porte à une gamme d'utilisations potentielles.
Comme d'autres céphalopodes, poissons tropicaux et caméléons, les calmars possèdent des nanostructures photoniques périodiques, leur permettant de changer de couleur de peau en réponse à des stimuli environnementaux externes et pour le camouflage, la communication et la parade nuptiale.
Les calmars ont plusieurs milliers de cellules appelées chromatophores juste sous la surface de leur peau, connectées à leur système nerveux. Au centre du chromatophore se trouve un sac élastique plein de pigment. Les contractions musculaires contrôlent la taille des chromatophores, faisant varier la couleur de la peau du calmar et leur permettant de modifier leur motif pour correspondre aux roches ou aux coraux à proximité. Les protéines de réflectine présentes dans certaines variétés de calmars réfractent la lumière et sont responsables de la pigmentation et de l'irisation dynamiques de l'animal.
Dans le passé, les chercheurs ont adapté ce processus pour créer une peau retenant la chaleur, développer des dispositifs qui surveillent l'exposition au soleil et rendre les cellules humaines transparentes. Maintenant, inspirés par les capacités innées présentes dans la peau du calmar, des chercheurs de l'Université de technologie de Dalian, en Chine, ont créé une nouvelle peau artificielle flexible qui peut résister aux températures extrêmes et aux bactéries.
"La peau biologique transforme les informations environnementales en signaux bioélectriques et les transmet au système nerveux pour percevoir les contraintes externes, les sensations tactiles, les vibrations, la température, etc.", a déclaré Wenbin Niu, l'auteur correspondant de l'étude, à Tech Xplore. "En plus des signaux bioélectriques, en particulier, la peau des céphalopodes peut en outre percevoir activement l'environnement complexe par le changement de couleur."
Les chercheurs ont imité l'arrangement de la réflectine dans la peau de calmar pour créer la nouvelle peau photonique-ionique qu'ils appellent PIskin. Lorsque PIskin est exposé à des stimuli externes, comme une surface, sa nanostructure photonique (manipulation de la lumière) provoque un changement de couleur rapide. Parallèlement, le transport ionique dans la peau se modifie, permettant la transduction des stimuli mécaniques et thermiques en signaux électriques.
"Inspirés par la peau de calmar aux couleurs changeantes, nous avons introduit des nanostructures photoniques dans la peau électronique, enrichissant considérablement ses capacités sensorielles", a déclaré Wenbin Niu. "En plus de fournir une rétroaction quantitative, d'enregistrer et d'analyser les changements de stimulus par le biais d'un signal électrique, des informations plus complexes telles que l'emplacement, la forme et la distribution du stimulus peuvent également être identifiées visuellement à travers ses couleurs."
Voulant pousser plus loin les propriétés de la peau, les chercheurs ont ajouté du monolaurate de glycérol (GML), un composé aux propriétés antimicrobiennes puissantes, et du polyéthylène glycol 200 (PEG-200), un tensioactif, émulsifiant et détergent de qualité industrielle. Le GML permet au PIskin de tuer presque toutes les bactéries et tous les champignons, tandis que le point de congélation bas du PEG-200 signifie que la peau peut résister aux basses températures sans geler et est moins susceptible de se dessécher.
Les chercheurs ont découvert que la peau fonctionnait bien dans des conditions difficiles et a mesuré avec précision la tension, la pression et la température.
La création de PIskin a ouvert la porte à de futures applications dans les domaines des dispositifs médicaux portables, de la robotique douce, des prothèses et des interfaces homme-ordinateur. Cela a également encouragé les chercheurs à regarder d'autres animaux qui changent de couleur.
"Il existe de nombreuses espèces animales intrigantes avec une telle capacité de changement de couleur", a déclaré Wenbin Niu. « Dans nos prochains travaux, nous explorerons davantage la structure biologique d'espèces autres que le calmar et développerons la peau biomimétique correspondante. En fin de compte, ces skins pourraient être utilisés dans des appareils portables, des capteurs interactifs et d'autres applications du monde réel
https://techxplore.com/news/2023-03-squid-inspired-artificial-skin-harsh-environments.html