Une peau intelligente dotée de propriétés de détection précises
La peau humaine possède un système sensoriel sophistiqué et spécialisé qui identifie les stimuli environnementaux et transmet ces informations au cerveau. La peau naturelle renferme plusieurs types de récepteurs sensoriels et de terminaisons nerveuses qui lui permettent de détecter la température et les stimuli mécaniques. La peau est également capable de ressentir des sensations tactiles, c’est-à-dire de ressentir les textures, les formes et d’autres caractéristiques physiques des objets avec lesquelles elle entre en contact. Collectivement, la peau fournit à l’organisme un large éventail d’informations sensorielles, ce qui nous permet de ressentir et d’interagir avec le monde qui nous entoure de manière complexe. Si des progrès significatifs ont été accomplis dans la compréhension de ce système complexe au cours de la dernière décennie, le développement d’une peau artificielle présentant des propriétés et des fonctions similaires à celles de la peau humaine est un domaine relativement nouveau au potentiel énorme. Une peau artificielle idéale devrait présenter plusieurs propriétés qui imitent le plus fidèlement possible la peau humaine naturelle, notamment la biocompatibilité, les propriétés mécaniques et la perception sensorielle.
Intégration de différents capteurs dans une peau artificielle innovante
L’objectif du projet SmartCore, financé par l’UE, était de combiner la détection de la température, de l’humidité et de la pression dans une peau artificielle unique innovante et d’obtenir une détection à haute résolution spatiale. «Afin de créer une peau artificielle efficace, il est nécessaire d’utiliser des matériaux qui présentent les bonnes propriétés mécaniques et électriques et de contrôler l’épaisseur et la taille des couches au niveau microscopique en ayant recours à différentes techniques», explique Anna Maria Coclite, chercheuse principale dans le cadre du projet. Les chercheurs ont mis au point un matériau hybride à base d’oxyde de zinc piézoélectrique et d’un polymère intelligent. Un matériau piézoélectrique est un matériau qui produit un signal électrique lorsqu’il change de forme et qui peut donc être utilisé dans des capteurs de pression/force tels que ceux que l’on trouve dans les écrans tactiles. Le polymère intelligent a été conçu pour réagir à la température et à l’humidité et changer de forme. Ces deux matériaux ont été placés dans une nanostructure noyau-enveloppe avec le polymère intelligent dans le noyau et l’élément piézoélectrique à l’extérieur. Cette configuration a permis de s’assurer que lorsque le premier change de forme sous l’effet de la température ou de l’humidité, il exerce une pression sur l’oxyde de zinc, ce qui génère un signal qui peut être mesuré.
Matériaux biocompatibles et résolution accrue
«La peau artificielle SmartCore est faite de matériaux sans danger pour le corps et est capable de détecter plusieurs objets à la fois avec une grande précision», précise Anna Maria Coclite. La peau humaine peut détecter des objets d’une taille minimale de 1 mm2. La peau artificielle SmartCore a démontré qu’il était possible de mesurer une réponse à partir à de zones aussi petites que 0,25 mm2. Élément important, la peau artificielle SmartCore a fait preuve, pour la première fois, d’une sensibilité à trois stimuli simultanés (pression, température et humidité), fournissant ainsi des informations intégrées sur l’environnement, à l’instar de la peau humaine.
Administration de médicaments à partir d’une peau artificielle
En créant ensuite un système sans fil, il sera possible de détecter les signaux électriques provenant du réseau de capteurs noyau-enveloppe et de mettre au point un véritable dispositif prototype qui pourra être proposé à des fins d’exploitation. Un autre aspect très important pour les peaux artificielles est l’administration de médicaments avec une cinétique contrôlable. Dans le cas de SmartCore, les médicaments peuvent être intégrés aux polymères intelligents et libérés lors de l’expansion des polymères sous l’effet de la température et de l’humidité. Cette approche permettrait une administration de médicaments à la demande par l’organisme, par exemple pour lutter contre la fièvre ou une infection.
Mots‑clés
SmartCore, peau artificielle, température, humidité, polymère, piézoélectrique, capteur, oxyde de zinc, nanostructure