Hypothèse sur le magnétisme dans les vaccins ARN m

Transformateurs intelligents à commande magnétique à base d’hydrogel

14 décembre 2020

Par Thamarasee Jeewandara, Phys.org (Traduction automatique)

a) Images montrant la transformation de forme d’un Transformer.
b) Le processus de transformation de forme d’un transformateur d’hydrogel mou sous le couplage du champ magnétique et du NIR.
c) Les images SEM de l’hydrogel HG‐Fe3O4.
d) L’illustration schématique de la transition de la gélatine entre la structure en spirale et en triple hélice.
e) Le transformateur souple peut traverser les encoches étroites après le morphing de la forme.
f) Le transformateur souple se déforme d’abord en une forme pliée, puis passe à travers les passages étroits du labyrinthe spécial et reprend finalement sa forme originale dans une large zone.

Crédit : Advanced Intelligent Systems, doi : 10.1002/aisy.202000208

Alors que le film “Transformers” présentait des robots intelligents qui se transformaient entre des formes dotées de multiples fonctionnalités, les chercheurs développent des transformateurs souples intelligents pour accélérer considérablement les applications de recherche en laboratoire. Dans un rapport récent maintenant publié dans Advanced Intelligent Systems , Dachuan Zhang et une équipe de recherche en science des matériaux et sciences chimiques en Chine, ont proposé un transformateur souple télécommandé basé sur un système d’hydrogel à mémoire de forme. L’équipe a obtenu l’hydrogel en incorporant magnétite (Fe 3 O 4 des nanoparticules magnétiques de ) dans une structure polymère à double réseau de poly (N-(2-hydroxyéthyl) acrylamide) contenant de la gélatine.

La réversible en transformation triple hélice du constituant gélatine a imprégné l’hydrogel de propriétés de forme mémoire de et d’auto-guérison, tandis que les nanoparticules de magnétite ont donné des fonctions de chauffage photothermique et de manipulation magnétique pour déformer l’hydrogel pour la navigation dans un champ magnétique. L’équipe a ensuite pu restaurer la forme déformée via la récupération de forme à l’aide d’une irradiation lumineuse. Zhang et al. contrôlait à distance les processus de mémoire de forme grâce à un actionnement magnétique et à une mémoire de forme assistée par la lumière. Comme preuve de concept, ils ont créé une série de robots, dont un athlète hydrogel capable de faire des redressements assis, des transformateurs hydrogel, un lotus en pleine floraison et un vaisseau spatial hydrogel qui peut être amarré dans les airs. Le travail inspirera la conception et la fabrication de nouveaux systèmes polymères intelligents avec de multiples fonctionnalités synchronisées.

Hydrogels à mémoire de forme

Alors que les transformateurs fictifs ont permis aux robots durs de se transformer en n’importe quelle forme, y compris des véhicules, les transformateurs doux sont d’un plus grand intérêt pour la recherche fondamentale et les applications en sciences de la vie. Dans ce travail, Zhang et al. ont décrit un hydrogel à mémoire de forme à commande photothermique et magnétique. Ils ont combiné un polymère réticulé chimiquement et un réseau de gélatine réticulé de manière réversible intégré à des nanoparticules de magnétite pour créer une construction photothermique et flexible, auto-cicatrisante qui pourrait être manipulée magnétiquement. Les hydrogels à mémoire de forme (SMH) ont reçu une attention accrue car les matériaux polymères intelligents et les chercheurs visent à contrôler à distance ces matériaux pour établir divers comportements d’actionnement . Le processus de floraison d’un Lotus hydrogel.
Crédit : Advanced Intelligent Systems, doi : 10.1002/aisy.202000208

Par exemple, les polymères à mémoire de forme peuvent fixer des formes temporaires et récupérer leur architecture sous des stimuli externes, avec un intérêt croissant dans les biomédicales disciplines , textiles, électroniques flexibles et de cryptage de données. Les nanoparticules magnétiques sont des additifs efficaces pour introduire un actionnement sans contact contrôlé à distance. Lorsque les hydrogels sont éclairés par une lumière proche infrarouge (NIR) , ces nanoparticules magnétiques convertissent en continu la lumière en chaleur, provoquant le chauffage de l’hydrogel. Cela provoquera une déformation réversible de l’hydrogel pour des applications en tant que robots mous se déplaçant librement. Cette stratégie contribuera à promouvoir le développement de nouveaux systèmes d’hydrogel à mémoire de forme pour des applications en tant que robots non attachés.

Propriétés des hydrogels à mémoire de forme

Étant donné que les hydrogels à mémoire de forme peuvent mémoriser leur forme de manière stable et temporaire et récupérer parfaitement la forme d’origine sous des stimuli spécifiques, l’équipe a effectué des tests de flexion avec le matériau, qu’elle a abrégé en HG pour ses polymères constitutifs. Ils ont ensuite immergé un échantillon dans de l’eau chaude (60 degrés Celsius) pendant 30 secondes pour induire une désagrégation pour ramollir l’hydrogel, l’ont retiré du milieu et ont récupéré les formes après avoir réimmergé les hydrogels dans de l’eau chaude (60 degrés Celsius). Zhang et al. a mené une série d’expériences contrôlées pour vérifier les facteurs affectant les performances de mémoire de forme de l’hydrogel. Comme preuve de concept, l’équipe a conçu et développé une fleur d’hydrogel pour imiter parfaitement la floraison d’un lotus. La connexion d’un engin spatial à hydrogel et d’une station spatiale à hydrogel dans l’air.
Crédit : Advanced Intelligent Systems, doi : 10.1002/aisy.202000208

Lorsque les chercheurs ont introduit des nanoparticules de magnétite pour former l’ HG-Fe 3 O 4 hydrogel , les constituants ont pu absorber et convertir la lumière en chaleur avec une irradiation lumineuse, provoquant une augmentation de la température de l’hydrogel. Au cours de la conversion lumière-chaleur, le matériau a obtenu une auto-guérison photo-activée. Pour démontrer ce phénomène, l’équipe a créé une HG-Fe 3 O 4 station spatiale d’hydrogel sous un champ magnétique et a appliqué le NIR pour irradier les connecteurs et amarrer la construction de type vaisseau spatial avec un connecteur de type station spatiale pour réaliser l’auto-guérison et la reconnexion dans les airs.

Récupération de formes par effets photothermiques et contrôle à distance des processus de mémoire de forme

L’équipe n’a pu récupérer la forme de l’hydrogel HG qu’en régulant la température à une valeur spécifique, en l’absence de nanoparticules de magnétite. L’ajout de magnétite a conféré des propriétés magnétiques à l’ HG-Fe 3 O 4 hydrogel pour permettre des cycles de récupération de mémoire de forme contrôlés à distance. Comme preuve de concept, l’équipe a développé un robot à transition de forme sous la forme d’un athlète en hydrogel pour se déformer de la 2D à la 3D. En l’absence de NIR et la présence d’un aimant, l’athlète d’hydrogel pourrait « pousser » rapidement, puis reprendre sa forme à la conformation plate lors du retrait de l’aimant. Dans la deuxième configuration, ils ont allumé le NIR et ont soulevé l’athlète en hydrogel avec un aimant, puis ont maintenu l’aimant allumé pendant deux minutes tout en éteignant le NIR pour permettre à l’athlète de se refroidir. L’équipe a gelé ce geste pendant une période après laquelle elle a permis au robot de revenir à sa position d’origine en rallumant à nouveau le NIR. Cette technique peut être utilisée pour développer des préhenseurs souples qui sont avantageux pour des applications en tant que robots chirurgicaux dans la recherche translationnelle. Un athlète d’hydrogel faisant des redressements assis à l’aide d’un champ magnétique et NIR.
Crédit : Advanced Intelligent Systems, doi : 10.1002/aisy.202000208

L’équipe a également utilisé l’interaction entre les aimants permanents et les nanoparticules de magnétite constitutives de l’ HG-Fe 3 O 4 hydrogel pour guider la construction pour la navigation directionnelle. À l’aide de l’hydrogel, ils ont montré comment la navigation directionnelle induite par un aimant pouvait guider un transformateur souple à travers un labyrinthe. De tels concepts expérimentaux ont un potentiel pour une gamme d’applications en tant que transporteurs souples pour transporter des marchandises pour l’administration et la libération de médicaments en biomédecine. Navigation directionnelle magnétique et récupération de forme photothermique. a) L’augmentation de la température de l’hydrogel HG-Fe3O4 avec 1% en poids de Fe3O4 dans l’eau et l’air lorsqu’il est éclairé par NIR. b) Les images infrarouges de l’hydrogel HG-Fe3O4 avec 1 % en poids de Fe3O4 dans l’eau et l’air lorsqu’il est éclairé par NIR pendant 0, 60, 120, 180 s. c) Illustration schématique de la navigation directionnelle de Transformer et de son processus de transformation de forme. d) Le transformateur souple à trois pattes ne peut pas traverser les encoches étroites sans morphing de forme, et il peut traverser les encoches étroites une fois que la forme pliée est verrouillée à l’aide d’un champ magnétique et d’une lumière NIR. e) Les images montrant un robot à trois pattes se déforment d’abord en une forme pliée, puis naviguent dans un labyrinthe spécial guidé par un aimant, et retrouvent la forme dépliée lorsqu’elles sont éclairées par NIR (la densité d’énergie est de 3,06 W cm-2). Barres d’échelle : 2 cm.
Crédit : Advanced Intelligent Systems, doi : 10.1002/aisy.202000208

Perspectives pour les transformateurs doux dans les sciences de la vie

De cette façon, Dachuan Zhang et ses collègues ont développé une nouvelle méthode efficace pour construire des transformateurs d’hydrogel souple avec des propriétés magnétiques et photothermiques intégrées dans un système d’ mémoire de forme hydrogel à (SMH). Les HG-Fe résultants 3 O 4 hydrogels présentaient des propriétés très avantageuses, notamment la sans contact forme déformation de , l’actionnement magnétique, les performances photothermiques, l’auto-guérison et la navigation directionnelle dans l’eau et l’air. L’équipe a développé une série de robots souples de preuve de concept pour démontrer les propriétés dynamiques du système SMH et pense que ce concept de conception inspirera le développement de nouveaux systèmes intelligents pour des applications en bio-ingénierie et en biomédecine.