Forte adhérence gr?ce aux bulles de cavitation
Des chercheurs canadiens ont découvert qu'ils pouvaient utiliser des ultrasons pour faire adhérer les pansements hydrogel à la peau de manière particulièrement forte. La professeure de l'ETH Outi Supponen a maintenant élucidé le mécanisme sous-jacent : Des bulles implosantes se forment dans la colle entre le pansement et la peau, ce qui permet d'ancrer le pansement sur la peau.
De nos jours, on utilise souvent des pansements hydrogels pour soigner les plaies ou pour fixer des appareils électroniques portables sur la peau. Toutefois, ces pansements n'adhèrent pas très fortement à la peau, en particulier lorsqu'elle est mouillée.
Des chercheurs canadiens autour de Jianyu Li de l'Université McGill ont toutefois découvert que les ultrasons permettent de coller de tels pansements sur la peau de manière très forte et durable. En outre, les chercheurs peuvent régler avec précision la force d'adhérence des pansements hydrogel sur la peau et d'autres tissus en variant l'intensité des ultrasons.
Lors de tests sur la peau de porc, les pansements collés par ultrasons ont adhéré jusqu'à 100 fois plus fortement que sans traitement par ultrasons. Même sur la peau de rats vivants, les chercheurs ont obtenu une adhérence encore dix fois plus forte.
La raison pour laquelle le traitement par ultrasons permettait une adhérence aussi forte était toutefois une énigme pour les chercheurs canadiens - que Outi Supponen, professeure de dynamique des fluides multiphasique à l'ETH Zurich, et sa post-doctorante Claire Bourquard ont partiellement résolue. L'étude correspondante des deux groupes de recherche vient d'être publiée dans la revue spécialisée "Science".
La cavitation permet aux pansements de mieux coller
La raison de la forte adhérence des pansements en gel est la suivante : les ultrasons créent des bulles spéciales, appelées bulles de cavitation, dans la colle située sur la face inférieure de l'hydrogel. Plus l'intensité des ultrasons est élevée, plus les bulles sont nombreuses et grandes. Mais celles-ci s'effondrent aussit?t. En l'espace de quelques millisecondes, les bulles se déforment en un mini-jet qui est dirigé vers la surface de la peau et qui, tel un marteau-piqueur, enfonce les composants moléculaires de la colle dans l'épiderme. Le pansement est ainsi fortement ancré. "Le principe de cette forte adhérence est la cavitation, c'est-à-dire un processus purement mécanique", explique Supponen.
Par cavitation, les scientifiques entendent la formation et l'effondrement de bulles remplies de vapeur dans les liquides. Lorsque les bulles implosent, de grandes quantités d'énergie sont libérées. La cavitation se produit par exemple sur des objets qui se déplacent très rapidement dans des liquides, comme les hélices de bateaux ou les turbines de centrales hydroélectriques. L'énergie libérée lors de l'effondrement des bulles peut endommager gravement ces objets. Il faut donc éviter au maximum l'apparition de la cavitation dans de telles applications.
"Si nous apprenons à utiliser l'énergie de cavitation de manière contr?lée, nous pourrons également l'utiliser", explique Supponen. Coller des patchs d'hydrogel avec des ultrasons est inoffensif, comme l'ont montré les expériences avec les rats. "La cavitation dans la colle provoquée par les ondes sonores n'a pas causé de dommages à la peau des animaux".
La technique de "collage" par ultrasons pourrait être appliquée, entre autres, aux pansements qui délivrent des principes actifs tels que les vaccins, les médicaments anticancéreux ou l'insuline à travers la peau.
Référence bibliographique
Ma Z, Bourquard C, Gao Q, et al. Controlled tough bioadhesion mediated by ultrasound. Science, 11 ao?t 2022, Vol 377, Issue 6607, pp. 751-755, DOI : page externe10.1126/science.abn8699