Des chercheurs de l'Université de Cambridge ont créé un film polymère qui imite les propriétés de la toile d'araignée, l'un des matériaux naturels les plus résistants.
Le nouveau matériau est aussi résistant que de nombreux plastiques courants utilisés aujourd’hui et pourrait remplacer le plastique dans de nombreux produits ménagers courants. Le matériau a été créé en utilisant une nouvelle approche pour assembler des protéines végétales dans des matériaux qui imitent la toile d'araignée au niveau moléculaire.
Un film « vert »
La méthode économe en énergie, qui utilise des ingrédients durables, permet d'obtenir un film semblable à du plastique qui peut être fabriqué à l'échelle industrielle. Le polymère peut également être coloré pour fabriquer des revêtements résistants à l'eau.
Le matériel il est compostable à la maison, contrairement aux autres types de bioplastiques. Enfin, le matériau développé par Cambridge ne nécessite aucune modification chimique de ses éléments de base naturels. La toile d’araignée « végétalienne » se dégrade d’elle-même, en toute sécurité, dans tous les environnements naturels.
Le nouveau produit sera commercialisé par Xample, une entreprise dérivée de l'Université de Cambridge. La société lancera une gamme de sachets et de capsules à usage unique plus tard cette année. Ils peuvent remplacer le plastique utilisé dans les produits du quotidien tels que les tablettes pour lave-vaisselle et les capsules de lessive. Les résultats sont publiés dans le journal Communications Nature .
Le secret de CETTE toile d'araignée ? Protéines végétales
Pendant de nombreuses années, le professeur Tuomas Knowles du département de chimie Yusuf Hamied de Cambridge étudie le comportement des protéines. Une grande partie de ses recherches se sont concentrées sur ce qui se passe lorsque les protéines « se comportent mal » et provoquent des maladies. comme la maladie d'Alzheimer.
"Nous étudions normalement comment les interactions fonctionnelles des protéines nous permettent de rester en bonne santé et comment des interactions irrégulières sont impliquées dans la maladie d'Alzheimer", explique Knowles, qui a dirigé la recherche sur la toile d'araignée. « Ce fut une surprise de découvrir que notre étude pouvait également aborder un problème majeur de durabilité : celui de la pollution plastique. »
Dans le cadre de leurs recherches sur les protéines, Knowles et son équipe se sont intéressés aux raisons pour lesquelles des matériaux comme la toile d'araignée sont si résistants, même s'ils ont des liaisons moléculaires si faibles. "Nous avons découvert que l'une des clés qui confèrent à la toile d'araignée sa force réside dans le fait que les liaisons hydrogène sont disposées régulièrement dans l'espace et à une très haute densité", a déclaré Knowles.
Co-auteur Dr. Marc Rodríguez Garcia, qui est aujourd'hui responsable de la recherche et du développement chez Xampla, a commencé à étudier comment reproduire cet auto-assemblage régulier dans d'autres protéines. Les protéines ont une propension à l’auto-organisation et à l’auto-assemblage moléculaires, et les protéines végétales en particulier sont abondantes et peuvent être obtenues de manière durable en tant que sous-produits de l’industrie alimentaire.
« On sait très peu de choses sur l’auto-assemblage des protéines végétales, et il est passionnant de savoir qu’en comblant ce manque de connaissances, nous pouvons trouver des alternatives aux protéines végétales. plastique jetable », dit-il Ayaka Kamada, le premier auteur de l'article.
Une toile d'araignée... au soja
Les chercheurs ont réussi à reproduire les structures trouvées sur la toile d'araignée en utilisant isolat de protéine de soja, un sous-produit de la production d'huile de soja. C'est une protéine avec une composition complètement différente.
Puisque toutes les protéines sont constituées de chaînes de polypeptides, dans les bonnes conditions, nous pouvons faire en sorte que les protéines végétales s'auto-assemblent comme une toile d'araignée. Dans une araignée, la protéine de soie est dissoute dans une solution aqueuse, qui s'assemble ensuite en une fibre extrêmement résistante grâce à un processus de filage qui nécessite très peu d'énergie.
Tuomas Knowles, L'université de Cambridge
D’autres chercheurs ont travaillé directement avec des matériaux en soie pour remplacer le plastique, mais ils restent un produit animal. En un sens, nous sommes arrivés à la « toile d'araignée végétalienne » : le même matériau, mais sans l'insecte et sans l'araignée.
Un concentré de technologie
En règle générale, les protéines végétales telles que l’isolat de protéines de soja (SPI) sont peu solubles dans l’eau. Cela rend difficile le contrôle de leur auto-assemblage en structures ordonnées. La nouvelle technique utilise un mélange respectueux de l'environnement d'acide acétique et d'eau, combiné à des ultrasons et à des températures élevées, pour améliorer la solubilité du SPI. Cette méthode produit des structures protéiques avec des interactions intermoléculaires améliorées entraînées par la formation de liaisons hydrogène. Dans une deuxième phase, le solvant est ensuite éliminé.
La « toile d'araignée végétalienne » a des performances équivalentes à celles des plastiques techniques haute performance tels que le polyéthylène basse densité.
C'est l'aboutissement de quelque chose sur lequel nous travaillons depuis plus de dix ans, qui consiste à comprendre comment la nature génère des matériaux à partir de protéines. Nous n'avions pas pour objectif de résoudre un problème de durabilité : nous étions motivés par la curiosité de savoir comment créer des matériaux solides à partir d'interactions faibles.
Tuomas Knowles, L'université de Cambridge
