Un matériau changeant de couleur pourrait être utilisé pour signaler des lésions cérébrales traumatiques

Les traumatismes crâniens peuvent causer des lésions cérébrales qui ont de graves conséquences sur la santé à long terme, mais il peut être difficile de remarquer de telles blessures lorsqu'elles surviennent. Pour résoudre ce problème, une équipe de chercheurs a mis au point un matériau qui change de couleur en fonction de la difficulté.
Les traumatismes crâniens peuvent survenir pendant le sport, mais il est souvent difficile de déterminer l'étendue des dommages causés au cerveau.

Ils espèrent utiliser ce matériel dans des casques de protection, protégeant des personnes comme des soldats et des sportifs en fournissant une indication lorsqu'un impact pourrait causer de sérieux dégâts.

L’équipe, de l’Université de Pennsylvanie, présentera sa découverte lors de la 250ème réunion nationale et exposition de l’American Chemical Society.

Les traumatismes crâniens tels que ceux causés par les explosions de bombes sur le champ de bataille et les affrontements lourds sur le terrain de jeu ont été identifiés comme causant divers problèmes de santé à long terme, notamment la démence et la perte de mémoire.

Malheureusement, il peut être difficile de comprendre immédiatement l’ampleur des blessures à la tête, ce qui a amené de nombreux soldats et athlètes à continuer de participer à des activités qui les exposaient à des risques supplémentaires.

La solution des chercheurs à ce problème consistait à développer un matériau qui répondait à certains degrés de force en changeant de couleur, donnant un indicateur visuel de l'ampleur des dommages causés.

"Si la force était suffisamment grande et que vous pourriez facilement le dire, alors vous pourriez immédiatement consulter un médecin", déclare Shu Yang, co-auteur de l'étude et chercheur postdoctoral.

L'équipe a commencé par utiliser un procédé appelé lithographie holographique pour développer des cristaux dont les structures leur donnaient des couleurs spécifiques. Lorsque la force a été appliquée, leurs structures internes ont été modifiées et leur couleur a ensuite changé.

Ces cristaux étaient légers et ne nécessitaient pas de puissance pour fonctionner, ce qui les rendait bien adaptés pour être utilisés dans des équipements de protection. Cependant, le coût de fabrication des cristaux était élevé, ce qui les rendait impropres à la production de masse.

Le matériau change de couleur en fonction de la force appliquée

En alternative, l’équipe a choisi d’utiliser des polymères auto-assemblants - des chaînes de molécules qui se connectent dans certaines conditions pour former des cristaux avec des couleurs spécifiques. Encore une fois, lorsque la force appliquée modifie la structure interne de ces cristaux, le résultat est un changement de couleur.

Faits saillants sur les lésions cérébrales traumatiques

• La commotion cérébrale peut être définie comme une blessure au cerveau résultant d'un coup ou d'une agitation violente
• Les traumatismes cérébraux contribuent à environ 30% des décès par traumatisme aux États-Unis
• En 2010, environ 2,5 millions de visites aux services d'urgence, d'hospitalisations ou de décès ont été associées à des lésions cérébrales traumatiques.

En savoir plus sur les lésions cérébrales traumatiques

"Le film peut montrer le changement de couleur en fonction de la quantité et de la rapidité avec laquelle la force est appliquée", explique le co-auteur Younghyun Cho.

En appliquant une force de 30 millinewtons (mN) au matériau, ce qui équivaut à frapper un mur de briques à 80 milles à l'heure, la couleur des cristaux est passée du rouge au vert. À titre de comparaison, une force de 90 mN - équivalente à un camion heurtant un mur de briques - a conduit les cristaux à passer du rouge au violet.

Yang dit que les forces qui modifient la couleur du matériau vont d'une explosion de bombe à un impact provoquant une commotion cérébrale sur un terrain de sport.

Bien que ces premiers résultats soient encourageants, il reste du travail à faire. Yang prévoit de développer davantage les matériaux à la disposition de l'équipe afin qu'ils puissent identifier la rapidité avec laquelle une force spécifique a été appliquée. Il est important de connaître la vitesse de l’impact car cela affecte l’ampleur des dommages infligés au cerveau.

Cho croit que la technologie pourrait être prête à être utilisée dans les casques sportifs et les casques militaires au cours des prochaines années.

Précédemment, Nouvelles médicales aujourd'hui rapporté sur une étude publiée dans JAMA Neurologie qui a évalué l'association entre la commotion cérébrale et la déficience cérébrale à long terme chez les joueurs à la retraite de la Ligue nationale de football (NFL).

Les chercheurs ont découvert qu’un antécédent de commotion cérébrale avec perte de conscience était associé à une diminution de la capacité de mémoire du volume hippocampique au cours de la vie.