Déverrouiller l'avenir des hydrogels bio-mimétiques résistants et auto-cicatrisants : faire le lien entre la théorie et les expériences pour améliorer les implants médicaux et l'ingénierie tissulaire – Unlockgels

Une nouvelle génération de hydrogels biomimétiques et auto-cicatrisants, composés de nanoparticules incorporées au sein d'une matrice bio-polymérique tridimensionnelle, détiennent le potentiel de révolutionner la technologie des implants médicaux. Cependant, leur utilisation reste limitée car ils font face à d'importants défis, notamment une biocompatibilité limitée, une susceptibilité à l'endommagement et aux fractures sous chargement mécanique, une dépendance à des stratégies de formulation basées sur l'essai-erreur, et un manque de compréhension des mécanismes microscopiques régissant la propagation des contraintes, la dissipation d'énergie et l'auto-cicatrisation, ce qui entrave une percée technologique. Le projet UnlockGels vise à relever ces défis avec une approche originale. Il cherche à établir un nouveau cadre théorique basé sur une approche stochastique multi-échelle à l'interface entre la physique statistique et la mécanique pour identifier et prédire les origines de la fracture et de l'auto-cicatrisation à différentes échelles de longueur. De plus, le projet a l'intention de favoriser une synergie symbiotique entre la théorie et les expériences. L'interaction entre des simulations à gros grains de pointe et des expériences aboutira à des matériaux hautement optimisés. Nous démontrerons que, premièrement, l'incorporation de nanoparticules conduit à un mécanisme de renforcement global en allongeant les chaînes de polymères à grande échelle le long de la microstructure du gel. Deuxièmement, la dynamique collective de la migration des nanoparticules via la rupture et la reformation de liaisons régit la dissipation d'énergie et renforce la réponse mécanique. Ces simulations serviront de guide pour l'établissement de nouvelles bases de conception pour la réalisation de nouvelles expériences, fournissant ainsi des perspectives fondamentales et des stratégies complètes pour améliorer les propriétés mécaniques du matériau.