Filée par les araignées et les vers à soie, la soie a mystifié les ingénieurs humains qui n’ont pas encore trouvé remark recréer artificiellement cette fibre dure et fine. Mais en combinant la soie, qui est sans threat pour le corps humain, avec des composés synthétiques, une équipe de recherche se rapproche du développement de nouveaux matériaux composites implantables avec les meilleures propriétés des deux. Les purposes potentielles, qui sont encore dans des années, pourraient inclure des structures qui maintiennent l’os en location après une intervention chirurgicale ou des remplacements pour les coussins cartilagineux du genou.




Les chercheurs présenteront leurs résultats aujourd’hui à l’American Chemical Modern society (ACS) Slide 2020 Digital Meeting & Expo.

« La soie a un grand potentiel d’utilisation dans des purposes biomédicales », déclare Juan Guan, Ph.D., chercheur principal du projet. « La soie est polyvalente, et le corps humain la tolère assez bien, et peut même la dégrader et l’absorber. »


La soie a une longue histoire en médecine. Les archives d’anciens médecins cousant des sufferers avec des fibres filées par des vers à soie remontent à près de 2000 ans. Et aujourd’hui, les chirurgiens terminent certaines chirurgies, comme celles de l’œil, avec des sutures en soie.

En combinant la soie et les polymères synthétiques, Guan et ses collègues de l’Université Beihang cherchent à développer de nouveaux matériaux polyvalents à utiliser en médecine et, potentiellement, dans d’autres domaines également. Alors que d’autres chercheurs ont déjà développé des matériaux composites avec de la soie, ils ont généralement travaillé avec des fibres courtes ou la protéine principale de la soie. Guan, cependant, se concentre sur le tissu de soie tissé à partir d’un prolonged fil one of a kind. Les cocons des vers à soie peuvent contenir des fibres de près de 5000 pieds de lengthy et, lorsqu’elles sont utilisées entières dans du tissu, une telle fibre peut mieux répartir les contraintes mécaniques qu’une série de fibres in addition courtes et as well as discrètes, dit-elle. Dans ses études, l’équipe de Guan utilise la soie du ver à soie commun et domestiqué Bombyx mori, ainsi que des fibres moreover résistantes et as well as extensibles de l’espèce sauvage Antheraea pernyi.

Les chercheurs associent ce tissu à une matrice polymère, souvent un époxy, qui est utilisée dans les adhésifs. Ensemble, le tissu et le polymère forment un stratifié – similaire au revêtement de floor tough trouvé sur certains meubles – qui peut ensuite être découpé dans les formes dont les chercheurs ont besoin.

Guan et ses collègues affirment que les propriétés de ces nouveaux matériaux pourraient en faire une meilleure adéquation avec les tissus du corps humain que ce qui est utilisé aujourd’hui. Par exemple, ils collaborent avec des médecins orthopédistes pour concevoir des constructions ressemblant à des cages qui maintiennent temporairement les vertèbres en place lorsqu’elles fusionnent après la chirurgie, une tâche actuellement accomplie principalement en utilisant du métal. La dureté et la rigidité des composites de soie sont as well as compatibles avec l’os, ce qui les rend potentiellement additionally résistants mais additionally confortables que les constructions métalliques, dit-elle.

Il existe cependant des défis. L’intérieur du corps humain est humide, un problème potentiel vehicle l’eau peut ramollir et affaiblir la soie. Dans de nouvelles expériences, Guan et ses collègues ont testé la résistance des matériaux composites soie-époxy lorsqu’ils sont exposés à l’humidité ou immergés dans l’eau. Pour une utilisation à côté de l’os, ils doivent conserver une certaine rigidité. Les expériences ont montré que si cet attribut diminuait dans des problems as well as humides, les composites restaient suffisamment rigides pour fonctionner comme des implants, dit-elle.

Bien que l’époxy se fixe fermement à la fibre de soie, il présente un inconvénient majeur: le corps ne peut pas décomposer l’époxy et l’absorber, ce qui signifie qu’il ne conviendrait pas aux implants destinés à se dissoudre. Ainsi, Guan a récemment commencé à travailler avec des biopolymères que, comme la soie, le corps peut se décomposer et absorber. Cependant, ces composites ont moins de cohésion interne que ceux qui contiennent un époxy. « La issue clé est de savoir comment rendre l’interface entre le biopolymère et le tissu en soie moreover robuste », dit-elle.

Les scientifiques cherchent également à compléter la soie avec d’autres types de fibres. Dans une étude récente, ils ont ajouté des fibres de carbone au mélange. « La idea d’hybridation de la soie avec d’autres fibres permet de produire un assez beau spectre de propriétés que vous pouvez optimiser pour une application donnée », explique Robert O. Ritchie, Ph.D, auteur de l’étude sur la fibre de carbone. Les utilisations potentielles de ces nouveaux matériaux structurels, dit-il, pourraient être n’importe où: dans le corps humain, ou même dans les raquettes de tennis ou sur les moteurs d’avion.