Imaginez si vous pouviez attacher quelque chose à votre peau sans avoir besoin de colle. Un biocapteur, une montre, un appareil de communication, un accessoire de mode, les possibilités sont infinies. Grâce à une découverte à l’Université de Binghamton, Université d’État de New York, ce moment pourrait être plus proche que vous ne le pensez.
Le professeur agrégé Guy German et Zachary Lipsky, PhD ’21, ont récemment publié des recherches dans la revue Acta Biomaterialia qui explore comment la peau humaine peut contrôler la formation des fissures et pourquoi les tensiomètres offrent des résultats imprécis lors de la mesure des propriétés mécaniques des tissus biologiques.
En cours de route, Lipsky a développé une méthode pour lier la peau humaine à des matériaux polymères caoutchouteux sans adhésif. À l’origine, un moyen de faciliter leurs expériences, lui et German comprirent qu’ils avaient fait une découverte importante.
“Zach est venu un jour et a dit:” Oui, je l’ai fait “”, a déclaré German. “Je me suis dit : ‘Comment diable as-tu fait ça ? As-tu utilisé une colle ?’ Parce que nous aurions également besoin de tenir compte des propriétés mécaniques de la colle. Et il a dit : « Non, je viens de la coller. » Nous avons regardé et nous avons dit : cela a-t-il déjà été fait auparavant ? Jamais fait. Nous sommes donc très heureux de ce côté-là.
Une divulgation d’invention pour la technique a été déposée, ce qui pourrait conduire à un brevet sur ce qu’il appelle “une technique très simple” qui pourrait révolutionner la biotechnologie.
“Je ne savais pas que nous finirions là-bas, mais c’est parfois ainsi que fonctionne la science”, a déclaré German en riant.
L’étude qui a engendré la découverte, intitulée “La précision des mesures mécaniques à l’échelle macroscopique est limitée par l’hétérogénéité structurelle inhérente de la couche cornée humaine”, a commencé avec les racines de German en génie mécanique et son intérêt à tester la validité de la loi de Hooke sur la peau humaine.
« Nous avons pensé que si nous utilisions ces techniques de test standard pour mesurer les propriétés mécaniques des tissus, en particulier les tissus cutanés, rapportait-il les bonnes valeurs ? » il a dit. “Personne ne l’a vraiment jamais validé.”
Développée par le physicien britannique du XVIIe siècle Robert Hooke, la loi stipule que la force nécessaire pour étendre ou comprimer un ressort sur une distance est proportionnelle à cette distance. Plus généralement, les chercheurs peuvent utiliser cette loi pour mesurer la rigidité de différents matériaux ainsi que la quantité d’énergie qu’il en coûte pour les casser.
« Cela m’a fait penser que, dans les temps modernes, vous pouvez mesurer la rigidité des métaux et de la céramique. Mais qu’en est-il de la peau ? » dit l’allemand. « Les métaux ou les céramiques ont une composition assez uniforme, mais la peau et les autres tissus ont une structure complexe et hétérogène avec des cellules microscopiques reliées par des jonctions cellule-cellule. La couche externe de la peau présente également un réseau topographique complexe de microcanaux, qui sont visibles si vous regardez le dos de votre main.”
Lui et Lipsky ont collé des échantillons de peau à un morceau de polydiméthylsiloxane (PDMS), un matériau semblable au caoutchouc couramment utilisé dans la bio-ingénierie et les dispositifs biomédicaux. Les échantillons ont ensuite été étirés. Une technique de microscopie à force de traction modifiée a ensuite été utilisée pour quantifier les changements dans les charges mécaniques communiquées par la peau sur le substrat adhérent.
“Au fur et à mesure que la peau se dilatait, une petite fissure se développerait, et nous pouvons mesurer la quantité d’énergie nécessaire pour la faire croître d’une certaine longueur”, a déclaré German. « Généralement, pour mesurer le coût énergétique de la rupture en génie mécanique, vous obtenez deux poignées, vous tirez et il se divise. Vous mesurez la force et le déplacement et quantifiez l’énergie. Mais cela suppose que le matériau est homogène – la composition est la même partout. nous avons découvert que les fissures dans la couche externe de la peau se propagent d’une manière très, très étrange.”
Les fissures se propagent le long des microcanaux topographiques. Cela allonge le chemin global de la fissure, augmentant l’énergie qu’il en coûte pour casser le tissu. La découverte peut être extrapolée pour expliquer les comportements d’autres tissus humains.
“En raison de la structure hétérogène de la peau, cela signifie également que le chemin de la fissure devient beaucoup plus aléatoire. C’est pourquoi vous obtenez une telle variabilité dans les mesures de la peau au tensiomètre à grande échelle”, a déclaré German, “car même si vous obtenez la peau exactement de la même source exactement au même âge, la variabilité d’un échantillon à l’autre est si élevée parce que les chemins des fissures s’écartent.”
Source de l’histoire :
Matériel fourni par Université de Binghamton. Original écrit par Chris Kocher. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.
.
