Alors qu’il travaillait sur un projet visant à créer des adhésifs ultra-résistants à partir de fibroïne de soie, le professeur Marco Lo Presti, de l’Université Tufts, a fait une découverte fortuite. Lors du nettoyage de sa verrerie à l’acétone, il a observé au fond du récipient une matière semblable à une toile. Cet « heureux accident » a mis en lumière une propriété unique de la fibroïne, une protéine de la soie, lorsqu’elle est combinée à certains additifs. Fort de cette découverte, Lo Presti et son équipe ont conçu un fluide innovant caractérisé par une résistance à la traction exceptionnelle et un haut degré d’adhésivité.
Le ver à soie du mûrier (Bombyx mori), originaire de la Chine méridionale, est domestiqué depuis environ 5 000 ans. La soie qu’il produit est parmi les plus prisées, utilisée non seulement dans le secteur textile, mais aussi dans des domaines techniques tels que la médecine et l’ingénierie, bien qu’elle subisse alors des transformations spécifiques.
Comme présenté dans une étude récente publiée dans la revue Advanced Functional Materials, Lo Presti, de l’Université Tufts, dans le Massachusetts, et son équipe, ont utilisé cette soie pour mettre au point un matériau projetable capable d’adhérer (à) et de soulever des objets faisant jusqu’à 80 fois le poids du filament. Dans un communiqué contenant plusieurs démonstrations, les scientifiques indiquent s’être inspirés des capacités de Spider-Man pour concevoir leur technologie de projection de soie. En effet, avec cette avancée, l’idée de lancer une toile pour soulever des objets, à l’instar du célèbre super-héros, pourrait bientôt devenir réalité.
Un composé novateur à base de fibroïne et de dopamine
La fibroïne, une protéine fibreuse sécrétée par le ver à soie du mûrier, se distingue par ses propriétés uniques, notamment sa résistance, qui découle de l’agencement particulier de ses molécules. Lorsqu’elle est associée à certains solvants comme l’acétone, la fibroïne peut être transformée en hydrogel. Si ce processus est généralement long, l’ajout de dopamine l’accélère et confère à la solution des propriétés adhésives.
C’est essentiellement grâce à ce mélange que les chercheurs ont pu produire des fibres adhésives projetables. Le produit, injecté dans une aiguille coaxiale, s’extrude en fibres qui se fixent à l’objet cible, permettant ainsi son élévation. Des essais menés sur divers objets montrent que chaque fibre d’hydrogel peut supporter une charge allant jusqu’à 80 fois son propre poids.
Selon les chercheurs, la résistance à la traction du matériau est renforcée par l’ajout de chitosane, un polymère naturel présent dans les exosquelettes des crustacés et de certains insectes, reconnu pour ses propriétés mécaniques et sa biocompatibilité. Par ailleurs, l’enrichissement du mélange avec un tampon de borate a permis d’augmenter l’adhésivité de l’hydrogel d’un facteur 18.
Des applications prometteuses
Bien que le composé, principalement à base de fibroïne et de dopamine, n’égale pas encore la résistance de la soie d’araignée, qui est environ mille fois plus résistante, les auteurs de l’étude envisagent déjà de nombreuses applications de la technologie. Le matériau pourrait par exemple servir à concevoir des capteurs flexibles imprimables, applicables sur diverses surfaces pour, par exemple, surveiller en temps réel des paramètres environnementaux.
Vidéo montrant une fibre d’hydrogel saisir et soulever un objet : (© Advanced Functional Materials 2024)
L’hydrogel pourrait également être utilisé comme revêtement comestible pour les aliments, prolongeant ainsi leur durée de conservation. Dans le secteur de l’énergie solaire, il pourrait améliorer le rendement des panneaux solaires en optimisant l’absorption et la conversion de la lumière en énergie. En outre, ce matériau conserve ses propriétés adhésives même sous l’eau, élargissant ainsi considérablement ses potentiels domaines d’application.