Une solution unique pour la bioélectronique : collagène et beurre de cacao
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Le collagène est la protéine la plus abondante du corps humain, représentant environ 30 % des protéines totales et assurant la structure, la force et l’élasticité de la peau, des os et des tissus mous. Une équipe d’ingénieurs de l’école d’ingénierie McKelvey de l’université Washington à Saint-Louis tire parti de cette abondance en créant des dispositifs bioélectroniques à base de collagène afin que ces dispositifs puissent interagir plus facilement avec les cellules des tissus.
Tianran Liu, doctorant au sein du laboratoire d’Alexandra Rutz, professeure adjointe de génie biomédical, a créé une méthode de fabrication additive utilisant une imprimante 3D pour construire des matériaux bioélectroniques à partir de collagène et d’un polymère capable de transporter des signaux électriques.
Ce matériau à base de collagène devrait présenter une meilleure biocompatibilité que les matériaux habituellement utilisés dans les dispositifs biomédicaux, tels que le verre, les métaux et le silicium. Il pourrait ainsi permettre de développer des implants médicaux plus performants, des modèles de tissus cultivés en laboratoire et des dispositifs bioélectroniques interagissant plus naturellement avec l’organisme.
Les résultats de leurs recherches ont été publiés le 19 août dans la revue ACS Applied Materials & Interfaces .
Tianran Liu, doctorante au sein du laboratoire d’Alexandra Rutz, professeure adjointe de génie biomédical, a mis au point une méthode de fabrication additive utilisant une imprimante 3D. Cette méthode permet de produire des matériaux bioélectroniques à partir de collagène et d’un polymère capable de conduire des signaux électriques. Crédit : Whitney Curtis/WashU
Impression d’encre conductrice sur du collagène
Liu a commencé par utiliser du PEDOT:PSS , un polymère conducteur, puis y a ajouté du PEGDE, un composé chimique qui favorise la gélification du PEDOT:PSS à température ambiante, pour créer une encre. Elle a ensuite utilisé une imprimante 3D pour imprimer cette encre sur un substrat de collagène plutôt que sur du verre ou du plastique.
Elle a constaté que le matériau obtenu ne se dissout pas dans l’eau. Au contact de l’eau, il forme un film hydraté dont la rigidité est comparable à celle des tissus mous. Liu a observé que les cellules adhéraient bien à ce matériau, y survivaient et s’y développaient au fil du temps.
« Ce type de matériau peut facilement épouser de très petits diamètres et être manipulé avec des pinces, ce qui lui confère un fort potentiel chirurgical », a déclaré Rutz. « Le principal avantage du collagène réside dans sa bioactivité, outre ses excellentes propriétés mécaniques similaires à celles des tissus. Nous avons envisagé des applications exploitant cette propriété, comme l’ensemencement de cellules directement sur le dispositif ou lors de son implantation, afin que les cellules hôtes puissent interagir avec lui. »
Rutz a indiqué que cette méthode de fabrication pourrait être utilisée pour des applications in vitro ou in vivo, comme par exemple pour un capteur d’impédance ou un stimulateur nerveux.
Motifs amovibles en forme de beurre de cacao
Liu a également appliqué cette technique en utilisant du beurre de cacao, une matière grasse végétale extraite des fèves de cacao, comme matériau sacrificiel : un matériau temporaire façonné selon un motif précis, intégré ou enrobé, puis dissous ou retiré pour laisser apparaître une couche à motifs. Liu a indiqué que de nombreux matériaux sacrificiels trouvés dans la littérature nécessitaient des températures élevées pour être retirés, ce qui entraînait une « cuisson » de leur substrat de collagène.
« Nous voulions un matériau que nous puissions retirer à une température modérée mais qui conserve sa forme pendant l’évaporation, nous avons donc eu l’idée d’utiliser des ingrédients couramment utilisés dans le chocolat », a déclaré Liu.
« Nous avons vu des vidéos de personnes imprimant du chocolat en 3D pour l’alimentation, et nous savions que nous pouvions imprimer le beurre de cacao sous forme de piliers 3D qui pourraient être facilement retirés à l’eau chaude et conserver leur forme pendant le séchage. »
Vers des modèles de tissus vivants détectables
Liu a indiqué que les prochaines étapes consistent à travailler sur la partie détection du dispositif bioélectronique.
« Ce que nous apprenons avec ce type de technologie, c’est que nous pouvons utiliser ce type de matériau bioélectrique pour soutenir un modèle de tissu, tout en essayant de les surveiller dans leur état (naturel) », a-t-elle déclaré.
« L’idée à long terme est de pouvoir combiner les deux aspects : pouvoir percevoir l’aspect fonctionnel des modèles de tissus lorsqu’ils sont situés dans ce matériau souple et bioélectronique. »
https://source.washu.edu/2026/09/a-unique-solution-for-bioelectronics-collagen-and-cacao-butter/