Membranes silicone architecturées pour applications biomédicales – SAMBA

Le présent projet s’inscrit dans un ensemble de travaux actuels visant à réaliser des membranes anisotropes fortement déformables pour applications médicales. Les élastomères silicones (Polydiméthylsiloxane ou PDMS) sont des biomatériaux fortement déformables largement utilisés par les chirurgiens et dont les propriétés mécaniques sont contrôlées par leur taux de réticulation. Dans les applications médicales existantes, les propriétés des silicones sont homogènes et isotropes. Dans l’approche très actuelle de biomimétisme, nos recherches visent à mettre à disposition du clinicien des membranes élastomériques dont les propriétés locales, éventuellement non uniformes, seront parfaitement contrôlées lors de leur élaboration, tant en rigidité qu’en anisotropie. Les enjeux scientifiques et technologiques affichés sont de créer une anisotropie contrôlée à l’échelle du Volume Elémentaire Représentatif (VER), en vue d’optimiser le comportement mécanique global de l’application médicale (=structure) en regard des fonctions à réaliser. Pour une application de type muscle artificiel, il s’agit par exemple de provoquer une contraction dans des directions spécifiques. La solution proposée repose sur la création d’hétérogénéités locales de réticulation dans une membrane élastomérique, la topologie de l’hétérogénéité étant contrôlée par l’utilisation de masques lors d’une étape de sur-réticulation par U.V. d’un matériau silicone préalablement (faiblement) réticulé à température ambiante par hydrosilylation. Par rapport aux solutions de type incorporation de fibres dans la matrice, notre proposition évite les difficultés inhérentes à l’existence d’interfaces (décohésion, fatigue) et permet une distribution très souple et parfaitement maîtrisable de propriétés locales au sein de la structure.

Globalement, le projet s’articule ainsi en quatre étapes qui seront abordées grâce aux compétences complémentaires des trois partenaires. Dans une première étape, la formulation du silicone sera optimisée, afin de maîtriser au mieux les deux voies de réticulation qui doivent être parfaitement séquencées. Dans une deuxième étape, les différentes formulations seront caractérisées du point de vue de leur microstructure et de leurs propriétés mécaniques en fonction des paramètres de réticulation, en particulier du temps d’exposition aux UV. La troisième étape consistera en la mise au point et la validation d’une démarche de conception de la microstructure locale de la membrane architecturée, pour obtenir les propriétés locales visées à l’échelle du VER. Il s’agit d’avoir à sa disposition une approche de modélisation par changement d’échelle numérique effectuée par calculs éléments finis réalisés sur un VER ; la loi de comportement du silicone nécessaire sera établie en prenant en compte les relations microstructure-propriétés mécaniques étudiées dans l’étape 2. Les prévisions de ce modèle seront validées expérimentalement sur des membranes architecturées pour lesquelles on aura visé une anisotropie et un comportement mécanique donnés. Enfin, la quatrième étape portera sur une application médicale utilisant de telles membranes architecturées fortement déformables. Il s’agira de concevoir au mieux un muscle artificiel activable par pression, en utilisant les caractéristiques macroscopiques du muscle, en particulier sa forme, et les caractéristiques locales des membranes architecturées le constituant.