Une nouvelle technique d’impression 3D multi-matériaux confère aux matériaux des propriétés antimicrobiennes, ce qui pourrait améliorer la sécurité des implants, notamment des valves cardiaques et des endoprothèses.

Une équipe conjointe d’ingénieurs de l’université de Bath et de l’université d’Ulster a mis au point un matériau composite ferroélectrique doté de propriétés antimicrobiennes grâce à l’impression 3D multi-matériaux.

Conçu pour des applications biomédicales, telles que les valves cardiaques, les endoprothèses et les implants osseux, ce type de matériau conférerait aux implants des propriétés anti-infectieuses, réduisant ainsi le risque d’infection pour les patients.

En réalité, tous les implants biomédicaux présentent un certain niveau de risque, car les matériaux peuvent contenir des biocontaminants de surface susceptibles d’entraîner une infection. La réduction de ce risque pourrait être bénéfique à la fois pour les patients, qui verraient leur état s’améliorer, et pour les prestataires de soins de santé, qui verraient diminuer les coûts liés aux traitements en cours.

« Les implants biomédicaux capables de combattre les infections ou les bactéries dangereuses telles que l’E. coli pourraient présenter des avantages significatifs pour les patients et les prestataires de soins de santé. Nos recherches indiquent que les matériaux composites ferroélectriques que nous avons créés ont un grand potentiel en tant que matériaux et surfaces antimicrobiens. Il s’agit d’un développement qui pourrait changer la donne et que nous aimerions développer davantage en collaboration avec des chercheurs médicaux ou des prestataires de soins de santé », a déclaré le Dr Hamideh Khanbareh, auteur principal de l’étude.

Un développement rendu possible par la ferroélectricité

 La ferroélectricité est une caractéristique de certains matériaux polaires qui génèrent une charge électrique de surface en réponse à un changement d’énergie mécanique ou de température. Dans les films et les implants ferroélectriques, cette charge électrique entraîne la formation de radicaux libres appelés espèces réactives de l’oxygène (ROS = reactive oxygen species), qui éradiquent sélectivement les bactéries.

Ce phénomène est dû à la micro-électrolyse des molécules d’eau à la surface d’un matériau composite ferroélectrique polarisé.

Le matériau composite utilisé pour exploiter ce phénomène est constitué de microparticules ferroélectriques de titanate de zirconate de baryum et de calcium (BCZT) incorporées dans du polycaprolactone (PCL), un polymère biodégradable largement utilisé dans les applications biomédicales. Le mélange de particules ferroélectriques et de polymère est ensuite introduit dans une bioimprimante 3D pour créer une forme d' »échafaudage » poreux spécifique conçu pour avoir une surface élevée afin de favoriser la formation de ROS.

Les tests ont montré que même lorsqu’il est contaminé par de fortes concentrations de bactéries E. coli agressives, le composite peut éradiquer complètement les cellules bactériennes sans intervention extérieure, tuant 70 % d’entre elles en seulement 15 minutes.

L’ensemble de la recherche est disponible ici.

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