Avec un congélateur de cuisine et de la cellulose végétale, un aérogel à usage thérapeutique est développé – ScienceDaily
Une nouvelle technique peu coûteuse et durable augmenterait les possibilités pour les hôpitaux et les cliniques de fournir des produits thérapeutiques avec des aérogels, un matériau semblable à de la mousse que l’on trouve maintenant dans des applications de haute technologie telles que l’isolation pour les combinaisons spatiales et les pansements respirants.
Avec l’aide d’un congélateur de cuisine ordinaire, cette nouvelle forme d’aérogel a été fabriquée à partir de tous les ingrédients naturels, y compris la cellulose végétale et les algues, explique Jowan Rostami, chercheur en technologie des fibres au KTH Royal Institute of Technology de Stockholm.
Rostami dit que la faible densité et la surface favorable de l’aérogel le rendent idéal pour une large gamme d’utilisations, y compris la libération programmée de médicaments et de pansements.
L’avancée a été rapportée dans la revue scientifique, Matériaux aujourd’hui, par des chercheurs du Département de technologie des fibres et des polymères du KTH, du Département de mécanique du génie du KTH, du Wallenberg Wood Science Center du KTH et de la Division de la mécanique des solides de l’Université de Lund.
La densité de l’aérogel pourrait être abaissée à des niveaux aussi bas que 2 kg par mètre cube, ce qui, selon son équipe de recherche, est parmi les plus faibles densités enregistrées pour des matériaux similaires, dit-elle.
« Pour vous donner une idée de la lumière – la densité de l’air est de 1,23 kg par mètre cube. »
Afin de démontrer que le matériau peut être utilisé pour l’administration contrôlée de produits thérapeutiques., Les chercheurs ont attaché des protéines à l’aérogel grâce à un processus d’auto-assemblage à base d’eau.
«L’aérogel est conçu pour la biointeractivité, il peut donc être utilisé par exemple pour traiter des plaies ou d’autres problèmes médicaux», explique Rostami.
Avec un volume d’air allant jusqu’à près de 99,9%, les aérogels sont super légers mais durables (l’aérogel KTH contient près de 99% d’air). Ils ont été utilisés dans une large gamme de produits depuis le milieu du 20e siècle, des soins de la peau à la peinture, en passant par de nombreux matériaux pour la construction de bâtiments.
Les progrès techniques ont permis la création d’aérogels à partir de cellules végétales – ou de nanofibrilles de cellulose – qui ont suscité un intérêt pour des applications environnementales telles que la purification de l’eau et l’isolation des maisons. Le processus de base pour les aérogels à base de nanocellulose consiste à disperser des nanofibrilles dans l’eau, puis à sécher le mélange.
Mais les étapes en cours de route sont gourmandes en énergie et en temps, en partie parce qu’elles nécessitent une lyophilisation ou un séchage au point critique avec du CO.2 gaz.
«Nous utilisons plutôt une approche durable», déclare Rostami. « C’est simple mais sophistiqué. »
Les fibrilles sont mélangées dans de l’eau avec de l’alginate – un polymère naturel dans les algues – puis du carbonate de calcium est ajouté. Dans le congélateur, l’eau se transforme en glace et comprime ces composants ensemble, ce qui donne un hydrogel congelé.
L’hydrogel congelé est retiré du congélateur et placé dans de l’acétone, ce qui non seulement élimine l’eau et s’évapore rapidement, mais en ajoutant un peu d’acide à l’acétone, il dissout les particules de carbonate de calcium et libère du CO2 – générant les bulles qui pourraient faire le matériau plus poreux.
La dissolution du carbonate de calcium permet encore un autre avantage: elle libère des ions calcium qui se réticulent avec l’alginate et les CNF, donnant à l’aérogel une stabilité à l’état humide et sa capacité à retrouver sa forme après avoir été imprégné de liquide.
Rostami dit que cette qualité ajoute à l’utilité de l’aérogel dans plus d’applications, « sans utiliser de processus coûteux, gourmands en temps et en énergie, de produits chimiques toxiques ou de chimie compliquée. »