Watts à l'intérieur

L'effet piézoélectrique est un phénomène fascinant dans lequel certains matériaux présentent la capacité de générer une charge électrique en réponse à une contrainte mécanique ou à une déformation, et inversement, de se déformer lorsqu'ils sont soumis à un champ électrique. Ce comportement unique résulte de la disposition des atomes au sein de ces matériaux, qui crée une asymétrie dans leur structure de réseau cristallin. Lorsqu’une pression ou une contrainte est appliquée au matériau, le réseau se déforme, générant des charges électriques à la surface du matériau. Cet effet a été découvert pour la première fois par Jacques et Pierre Curie en 1880 et a depuis trouvé diverses applications dans divers domaines.

Les applications de cette technologie existent dans le développement d'actionneurs pour un contrôle de mouvement précis, de capteurs pour mesurer la pression, l'accélération et les vibrations, ainsi que dans des transducteurs acoustiques tels que des microphones et des capteurs à ultrasons. De plus, les matériaux piézoélectriques sont utilisés dans la récupération d’énergie pour convertir les vibrations mécaniques en énergie électrique pour les appareils portables. Cela a le potentiel d’alimenter des appareils électroniques à faible consommation d’énergie dans des endroits éloignés ou même dans des technologies portables, réduisant ainsi la dépendance aux sources d’énergie traditionnelles.

Les propriétés uniques des matériaux piézoélectriques ont suscité un intérêt pour leur utilisation pour alimenter des dispositifs médicaux implantables, afin d'éliminer le besoin de batteries traditionnelles. Cependant, la plupart de ces matériaux sont rigides et cassants et, pire encore, ils contiennent fréquemment des matières toxiques comme le plomb et le quartz. Les acides aminés se distinguent en tant qu'alternative biocompatible, mais pour présenter un fort effet piézoélectrique, les molécules doivent être alignées dans la bonne orientation. La production de films d’acides aminés orientés dans la même direction s’est avérée jusqu’à présent trop difficile à grande échelle.

Une nouvelle technique développée par des chercheurs de l’Université des sciences et technologies de Hong Kong pourrait bientôt permettre la fabrication de dispositifs médicaux biocompatibles et biodégradables. Ils ont démontré que leurs méthodes peuvent produire de fines couches d’acides aminés auto-assemblées avec une orientation ordonnée qui couvrent une grande surface. Ces films minces présentent un fort effet piézoélectrique qui peut être exploité pour générer de l’électricité à partir des étirements musculaires, de la respiration, de la circulation sanguine et d’autres mouvements du corps. À l’avenir, ces feuilles pourraient alimenter des stimulateurs cardiaques, des biocapteurs et d’autres appareils. Et lorsque le travail est terminé, ils peuvent se dissoudre en toute sécurité.

Au cours de leurs recherches, l’équipe a découvert que l’acide aminé β-glycine possède une réponse piézoélectrique exceptionnellement forte. En tant que tels, ils ont fabriqué des films nanocristallins de cet acide aminé avec une imprimante à film bioorganique en utilisant la méthode de pulvérisation électrohydrodynamique. Lors de la pulvérisation, un champ électrique est appliqué entre la pointe de la buse et le support conducteur pour faciliter la formation de nano-micro gouttelettes. En raison de la petite taille des nano-micro gouttelettes, l’eau s’évapore très rapidement. Et ceci, à son tour, sert à orienter les molécules de β-glycine de manière cohérente dans le film biomoléculaire résultant.

L’un des chercheurs ayant dirigé les travaux a noté que « leur étude montre une réponse piézoélectrique uniformément élevée et une excellente thermostabilité sur l’ensemble des films de β-glycine. Les excellentes performances de sortie, la biocompatibilité naturelle et la biodégradabilité des films nanocristallins de β-glycine ont des implications pratiques pour les applications électromécaniques biologiques transitoires de haute performance, telles que les biocapteurs implantables, l'alimentation électrique de charge sans fil pour l'électronique biorésorbable, les puces intelligentes et d'autres fins d'ingénierie biomédicale. .»

À l'heure actuelle, l'équipe continue d'affiner ses méthodes dans l'espoir de rendre les films aussi flexibles que les tissus biologiques naturels. Ils étudient également les moyens de parvenir à une production de masse de films à faible coût. Une fois ces objectifs atteints, ils ont l’intention de mener des expériences sur des modèles animaux pour montrer le potentiel de la nouvelle technologie pour alimenter des dispositifs médicaux implantables.