Les bioingénieurs développent une toile d'araignée

Des progrès pourraient conduire à des textiles intelligents économes en énergie et à faible coût

Jun Chen/UCLA

Illustration montrant un processus inspiré de la toile d'araignée pour produire des fibres conductrices

31 mai 2023

En utilisant un nouveau processus qui imite la façon dont les araignées filent la soie, une équipe de bio-ingénieurs multi-institutionnels dirigée par l'UCLA a développé un processus simple pour fabriquer des fibres douces et électriquement conductrices à température ambiante et à pression atmosphérique.

Dans une étude publiéecomme article de couverture dans Nature Electronics , les chercheurs ont démontré leur technique avec un gant de détection et un masque intelligent fabriqués avec des tissus extensibles et durables. Le gant peut détecter les températures et les mouvements de la main pour permettre à l'utilisateur de jouer à un jeu informatique « pierre-feuille-ciseaux », tandis que le masque est capable de surveiller les habitudes respiratoires de l'individu.

Les méthodes existantes pour fabriquer des fibres électriquement conductrices sont coûteuses et complexes et nécessitent des températures élevées, une consommation d'énergie, des volumes de solvants et des équipements spécialisés pour le filage des fibres.

"Nous voulions développer un processus de fabrication très efficace et rentable pour les fibres électriquement conductrices, qui pourrait être beaucoup plus facile à mettre en œuvre, reflétant les processus de pointe permettant de fabriquer des feuilles conductrices 2D et des objets 3D", a déclaré l'auteur co-correspondant. Jun Chen, professeur adjoint de bio-ingénierie à la UCLA Samueli School of Engineering. « Grâce à cette nouvelle approche, nous pouvons créer des fibres souples conductrices très efficaces à faible coût. »

Les fibres sont fabriquées à partir de polyacrylonitrile – un type de polymère synthétique – et d’ions d’argent, qui confèrent aux fibres leurs propriétés conductrices d’électricité. Les ingrédients combinés sont ensuite dissous dans du diméthylformamide, ou DMF, un solvant couramment utilisé dans la production de fibres synthétiques.

"Nous voulions développer un processus de fabrication très efficace et rentable pour les fibres électriquement conductrices, qui pourrait être beaucoup plus facile à mettre en œuvre, reflétant les processus de pointe permettant de fabriquer des feuilles conductrices 2D et des objets 3D", a déclaré l'auteur co-correspondant. Jun Chen.

Pour aider la vapeur d'eau de l'air ambiant à extraire le solvant liquide, la solution est tournée sur une plaque rotative, créant ainsi un réseau de molécules de polyacrylonitrile et d'ions d'argent, baptisé PANSIon par les chercheurs. Les fibres extensibles et autonomes de PANSion peuvent ensuite être extraites de la plaque en moins d'une minute. Cette action est similaire à la façon dont les araignées fabriquent des toiles en transformant des protéines liquides en fils de soie. Les fibres résultantes sont similaires au caoutchouc en termes d'élasticité et sont aussi résistantes que la fibre de coton.

Selon les chercheurs, leurs fibres offrent une forte conductivité électrique qui permet de détecter la respiration, la température et le toucher. Lorsqu'elles sont utilisées dans des textiles intelligents, les fibres peuvent avoir des applications énergétiques, sensorielles et thérapeutiques, comme un masque de style chirurgical qui suit la respiration tout au long de la nuit pour une personne souffrant d'apnée du sommeil.

Le premier auteur de la recherche est Songlin Zhang, ancien chercheur postdoctoral enGroupe de recherche sur la bioélectronique portable de Chen à l'UCLAqui travaille maintenant à l'Université nationale de Singapour.

Les autres auteurs de l'UCLA sont Yihao Zhou, Alberto Libanori et Xun Zhao, tous membres actuels et anciens du groupe de recherche de Chen. D'autres auteurs proviennent de l'Université nationale de Singapour, ainsi que de l'Université de Nanjing et de l'Université de Jilin en Chine. La recherche a été soutenue par un financement de démarrage de l'UCLA Samueli, une subvention de recherche Hellman Fellows, une bourse de recherche du programme de ressources pandémiques de l'UCLA et une subvention de récupération de recherche. du Sénat académique de l'UCLA. Un soutien supplémentaire est venu de la Brain & Behaviour Research Foundation et du West Coast Consortium for Technology & Innovation in Pediatrics de l'hôpital pour enfants de Los Angeles.