Des microrobots qui imitent les fonctions biologiques
Une propriété fascinante des organismes vivants est leur capacité à diriger leurs mouvements grâce à des stimuli chimiques. Il s’agit d’un phénomène connu sous le nom de chimiotaxie. «Grâce à la chimiotaxie, les cellules peuvent se déplacer vers un attractif chimique ou s’éloigner d’un répulsif chimique», explique Larisa Florea, coordinatrice du projet ChemLife(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) au Trinity College de Dublin(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). «Ce processus est crucial pour de nombreuses fonctions biologiques, comme les bactéries qui évitent les toxines ou les cellules immunitaires qui se dirigent vers le site d’une infection.»
Des véhicules sensoriels microstructurés
Soutenu par le Conseil européen de la recherche(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), le projet ChemLife visait à imiter synthétiquement la chimiotaxie à l’échelle microscopique. «Les organismes vivants sont bien plus complexes que les matériaux synthétiques», ajoute Larisa Florea. «Mais il est possible qu’en combinant la chimie, une conception intelligente et une fabrication 3D précise, nous puissions parvenir à des capacités accrues dans le domaine des matériaux souples.» L’idée de Larisa Florea était de créer des véhicules microstructurés. Ces dispositifs seraient capables de «naviguer» dans des environnements fluidiques complexes et de «reconnaître» ou de «percevoir» efficacement des traces chimiques spécifiques. «Le premier type de véhicules que nous avons développé était incroyablement simple: des gouttelettes», explique-t-elle. «Quand nous imaginons des microvéhicules, certains d’entre nous pensent peut-être à des films comme “Le Voyage fantastique”. Mais dans le cadre de ChemLife, nous avons pu montrer que des gouttelettes de la taille d’un microlitre peuvent suivre des gradients chimiques sur de longues distances, tout comme des bactéries en quête de nourriture.» Le projet a également démontré que ces gouttelettes «intelligentes» peuvent nager grâce aux gradients de tension de surface, trouver des sources de chimioattractants dans des réseaux fluidiques complexes, et même percevoir et rendre compte de leur environnement local lors de leur parcours. «Ce n’est peut-être pas le microrobot que nous imaginons, mais c’en est un», fait remarquer Larisa Florea.
Des microstructures polymères 3D complexes
L’objectif suivant était de passer des gouttelettes à des microstructures polymères 3D plus complexes. «Nous avons créé toute une gamme de polymères sensibles aux stimuli, dotés de fonctionnalités spécifiques», explique Larisa Florea. «Il s’agissait notamment de microleviers qui se plient sous l’effet d’une stimulation électrique, de microfleurs qui s’ouvrent en réponse à des signaux chimiques, et de microstructures qui changent de couleur en fonction de l’environnement chimique local.» Ces travaux révolutionnaires ont mené à de nombreuses découvertes. «Pouvoir contrôler ces robots liquides grâce à des champs électriques a été une véritable révélation pour nous», fait remarquer Larisa Florea. «De même, l’une de nos brillantes doctorantes, Annael Sort-Montenegro, a fait la démonstration des électro-actionneurs à hydrogel les plus rapides dont nous ayons connaissance à ce jour.» Ces travaux ont abouti au développement d’une boîte à outils biomimétique, une bibliothèque de véhicules adaptables à un large éventail de scénarios. «L’assemblage de ces microvéhicules en sociétés “intelligentes” capables d’accomplir des tâches complexes constituerait une réalisation vraiment passionnante», ajoute Larisa Florea. «Nous devons toujours penser à des applications dans des environnements actuellement difficiles d’accès, où se trouvent des objets micrométriques si petits qu’on ne peut pas les voir à l’œil nu.»
Neurochirurgie et administration localisée de médicaments
Parmi les applications possibles, nous pouvons citer la neurochirurgie, où la manipulation à distance de ces microrobots pourrait aider à naviguer dans le réseau complexe des artères du corps. Jason Delente, collègue de Larisa Florea, est un pionnier dans ce domaine. Parmi les autres applications potentielles, citons l’administration localisée à la demande d’agents thérapeutiques. Bien que le processus de mise en œuvre soit complexe, les progrès réalisés au cours du projet sont actuellement mis à profit. «Nous avons récemment exploré certaines des réactions chimiques développées au cours de ChemLife pour réaliser des implants ajustables», explique Larisa Florea. «De même, nous utilisons notre capacité à fabriquer des microstructures réactives avec une précision élevée dans un autre projet européen appelé IV-Lab, afin de concevoir des capteurs chimiques et biochimiques si petits qu’ils peuvent être implantés dans les veines ou les artères.»
