Un polymère 3D imprimable et extensible : vers la médecine régénérative… et de meilleures batteries

Une équipe de chercheurs de l’Université de Virginie (États-Unis) a récemment mis au point un nouveau polymère qui fait l’objet d’une publication scientifique majeure. Il s’agit d’un réseau de polyéthylène glycol (PEG) imprimable en 3D, à la fois hautement extensible, souple et biocompatible, capable de s’allonger jusqu’à 1 500 % de sa longueur initiale sans perdre sa robustesse, et ce sans recourir à des solvants. Ce matériau ouvre des perspectives prometteuses aussi bien pour la fabrication d’organes artificiels et de dispositifs médicaux implantables que pour des domaines plus éloignés, comme les électrolytes solides destinés aux batteries. Le polyéthylène glycol est déjà largement employé en médecine, notamment en ingénierie tissulaire, pour la délivrance contrôlée de médicaments ou comme revêtement biocompatible, grâce à son excellente tolérance biologique et à sa capacité à retenir l’eau. Cependant, les méthodes classiques de fabrication des réseaux de PEG – basées sur la réticulation de chaînes linéaires en milieu aqueux suivie de l’élimination du solvant – conduisent généralement à des matériaux rigides, cristallins et fragiles. Ces réseaux se rompent facilement dès qu’ils sont soumis à des déformations importantes, ce qui limite fortement leurs applications, en particulier lorsqu’une grande souplesse est requise pour accompagner les mouvements des tissus vivants ou supporter des contraintes mécaniques répétées. Pour contourner ces limitations, l’équipe dirigée par le chercheur Li-Heng Cai a exploité une approche de conception moléculaire innovante, fondée sur une architecture dite de « bottlebrush pliable » (foldable bottlebrush). Le principe consiste à créer des macromolécules capables de stocker de la longueur au sein de leur structure. Une chaîne principale est ainsi greffée de nombreuses chaînes latérales flexibles, susceptibles de se replier sur elles-mêmes comme un accordéon. Sous l’effet d’une contrainte mécanique, ces chaînes latérales se déploient progressivement, libérant cette longueur stockée et permettant au matériau de se déformer fortement sans se rompre. Dans la pratique, le matériau est obtenu par le mélange de trois types de précurseurs. Dissoute dans l’eau, cette formulation reste transparente, peu visqueuse et parfaitement adaptée à des procédés de photopolymérisation. Une exposition de quelques secondes aux rayonnements UV suffit à former un réseau de type bottlebrush, stable à l’air ambiant et ne nécessitant aucun solvant. Les hydrogels et élastomères ainsi obtenus présentent des propriétés mécaniques remarquables : leur résistance est comparable à celle des tissus mous biologiques (entre 1 et 100 kPa), tout en autorisant des allongements pouvant atteindre 1 500 %. Il s’agit donc d’un matériau à la fois extrêmement souple et élastique, capable de supporter de très grandes déformations sans rupture, ce qui reste exceptionnel pour des polymères à base de PEG. De plus, sa compatibilité avec les technologies de fabrication additive, notamment l’impression 3D, constitue un atout majeur pour les applications biomédicales. Enfin, les chercheurs ont démontré la possibilité d’imprimer en 3D des structures complexes à partir de ce matériau, sous forme d’hydrogels ou d’élastomères sans solvant, en ajustant simplement les paramètres de fabrication. Cette avancée marque une étape importante vers le développement de dispositifs bioimprimés, d’implants souples et potentiellement d’organes artificiels fonctionnels.