Une équipe de recherche s’inspire des moules et du gui pour fabriquer des matériaux complexes de manière durable
S’inspirant de la production de fibres et d’adhésifs naturels par les moules et le gui, une équipe de recherche de l’Université º£½ÇÉçÇø a mis au point une nouvelle méthode de fabrication de matériaux complexes qui pourraient constituer une solution de rechange durable aux plastiques et aux colles classiques.
« Les organismes vivants peuvent fabriquer des matières hautement performantes à partir de leurs constituants élémentaires, lesquels s’assemblent pour former des structures complexes. Ce procédé demeure très difficile à reproduire pour l’être humain au moyen des approches classiques de fabrication des matériaux », indique Matthew Harrington, professeur de chimie et auteur principal de l’étude.
Lors d’études précédentes sur le sujet, on s’est intéressé aux mécanismes de fabrication des matières naturelles. S’appuyant sur les résultats de ces études, l’équipe vise maintenant la mise au point en laboratoire de matériaux composites inédits.
« Nos précédents travaux portaient sur des matières biologiques. Nous travaillons maintenant à la création de matériaux synthétiques inspirés de la biologie », indique le professeur Harrington.
Démarche de l’équipe
Pour mettre au point ces matériaux, l’équipe s’est inspirée des structures adhésives à base de protéines produites par les moules, d’une part, et des réseaux de fibres de cellulose des baies du gui, d’autre part. En combinant une protéine de moule produite en laboratoire avec des nanocristaux de cellulose modifiés issus de pâte de bois, l’équipe a obtenu des microgouttelettes.
« Les moules produisent des colles, des fibres et des enduits à partir de gouttelettes de protéines denses, tandis que le gui utilise des nanocristaux de cellulose comme matériau de construction rigide dans ses fibres fermes et adhésives, indique Hamideh Alanagh, chercheuse postdoctorale et coautrice-ressource principale. En combinant ces deux mécanismes, nous jetons les bases d’une fabrication durable de matériaux de pointe. »
Grâce à une méthode simple de lyophilisation, les gouttelettes se sont assemblées en échafaudages poreux alignés présentant une structure en couches à différentes échelles. Les minuscules éléments constitutifs se sont agencés en motifs plus vastes, similaires à ceux que l’on trouve dans les tissus biologiques. « Ces gouttelettes constituent des précurseurs simples permettant de fabriquer des matériaux complexes », déclare Theo van de Ven, professeur de chimie et auteur en chef.
Les échafaudages peuvent également être redissous en gouttelettes, puis réassemblés pour la formation de nouvelles structures, ce qui laisse entrevoir un processus de fabrication permettant la réutilisation d’un matériau à répétition. « La réversibilité du processus de fabrication par gouttelettes est, en elle-même, particulièrement intéressante du point de vue du développement durable », souligne Hamideh Alanagh. Par ailleurs, des tests en laboratoire ont montré que ces matériaux n’étaient pas toxiques pour les cellules humaines, ce qui ouvre la voie à de possibles applications biomédicales, notamment en génie tissulaire.
Amin Ojagh, chercheur postdoctoral et coauteur principal de l’étude, souligne que cette avancée a été rendue possible grâce à la combinaison de connaissances sur des matières marines et végétales.
« Nous n’aurions jamais pu créer ces nouveaux matériaux sans les connaissances tirées de ces deux systèmes », indique-t-il.
« Certains matériaux que nous utilisons au quotidien, comme les plastiques, les colles et les composites, nuisent à notre environnement », souligne le professeur Harrington. En nous inspirant de la nature, nous pouvons mettre au point des méthodes de fabrication écologiques et durables, et produire des matériaux dotés de remarquables propriétés. »
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³¢â€™a°ù³Ù¾±³¦±ô±ð , par Hamideh R. Alanagh, Seyed Mohammad Amin Ojagh, Theo G.M. van de Ven, Matthew Harrington et coll., a été publié dans Advanced Materials.
Cette étude a été financée par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie, le Fonds Nouvelles frontières en recherche et le Fonds de recherche du Québec.
