dunemars1
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 |  Sujet: Un adhésif ultra-puissant, inspiré par les moules ! Par Sarah Sermondadaz Mer 19 Aoû - 21:44 | |
| Un adhésif ultra-puissant, inspiré par les moules !Une colle formulée pour imiter l'adhérence des moules à leur rocher, c'est la prouesse réalisée par des scientifiques américains. Une découverte qui laisse entrevoir des applications prometteuses, par exemple en médecine.[Vous devez être inscrit et connecté pour voir cette image]Un groupe de moules, solidement accrochées à leur rocher. SUPER GLUE. Les chercheurs du laboratoire Alison Butler, à l'université de Santa Barbara, n'iront plus à la pêche aux moules de la même façon. Ces derniers viennent en effet de concevoir une molécule extra-adhésive en milieu aqueux, le tout en observant, imitant et améliorant la façon dont le mollusque bivalve s'accroche à son rocher. Une petite révolution dans le monde de l'ingénierie des matériaux, publiée dans Science en août 2015, car l'adhérence humide se révèle historiquement une vraie gageure pour les scientifiques, et notamment dans le domaine médical (voir encadré en fin d'article).
Et pour cause : l'eau agit comme solvant pour la plupart des colles, ce qui les empêche de se fixer durablement à leur support. Mais quel est le secret de mère nature pour arrimer si fermement la moule (Mytilus) à sa surface de contact sous-marine ?Synergie biochimiqueL'explication tient à la synergie entre deux familles de composés chimiques, la lysine et les catéchols. Ils interagissent en se liant l'un à l'autre : la molécule formée acquiert alors des propriétés adhésives étonnantes. D'où viennent-ils ? La lysine est un acide aminé que l'on retrouve dans les protéines appartenant au pied de la moule, tandis que les catéchols sont des composés organiques très répandus qui peuvent être retrouvés aussi chez les mollusques, chez les bactéries ou même... dans nos propres cerveaux. Ainsi L-Dopa, précurseur de la dopamine (également synthétisée artificiellement et administrée pour soigner la maladie d'Alzheimer), est un catéchol. Il n'est pourtant pas facile d'examiner la fixation du mollusque en action, surtout au laboratoire, où les expérimentations se font plus volontiers in vitro qu'in vivo. Heureusement, l'équipe avait déjà identifié un sidérophore combinant les même molécules-clés, la trichrysobactine cyclique (CTC), plus facile à étudier et à reproduire. - Citation :
- SIDÉROPHORE. Ces composés biochimiques captent le fer présent dans l'environnement sous forme ionique, et se transforment ensuite en complexes métalliques (processus de chélation). Ils sont sécrétés par de nombreux micro-organismes afin de puiser et métaboliser le fer nécessaire à leur développement.
"En observant un système biologique différent, mais présentant des caractéristiques comparables à celle de la colle biologique des moules, nous avons pu déduire que ces petits composés travaillent en synergie pour favoriser l'adhérence", explique Michael Rapp, co-auteur de l'étude. Les chercheurs ont même été jusqu'à améliorer la nature, en produisant une copie synthétique du cycle basée un radical différent, le tris(2-aminoethyl)amine (voir sa formule chimique ci-dessous à droite).
Et pour cause : si la colle issue du pied de moule est difficile à arracher, la copie requiert une force 3 fois plus importante pour y parvenir ! Un tour de force, surtout dans un milieu salin très acide, qui résiste même à l'oxydation. Les expérimentateurs ont ainsi fait varier le pH (indicateur d'acidité) de 3.5 à 7.5, avec des résultats toujours aussi concluants, sur une surface de mica.[Vous devez être inscrit et connecté pour voir cette image]La copie (TLC) (à droite), encore plus performante que son modèle (CTC) (à gauche) / © Greg P. Maier, Michael V. Rapp, J. Herbert Waite, Jacob N. Israelachvili, Alison Butler Stratégie deux en unMais comment cette famille de composés s'y prend-elle pour adhérer à une surface humide ? En effet, une couche superficielle d'hydratation difficilement perméable se forme sur toute surface immergée. "Il s'agit d'un mécanisme en deux temps", détaille Alison Butler. "La lysine nettoie et prépare la surface, et le catéchol forme des liaisons hydrogènes avec la surface humide de mica". Comme si les radicaux de lysine retrouvés sur les branches des cycles TLC ou CTC balayaient la surface de ses cations (ions positifs, ici des cations potassium, K+ sur le schéma explicatif ci-dessous), permettant alors aux atomes d'hydrogène des radicaux de catéchol de se lier avec la surface, où affleurent généralement des oxydes métalliques. "C'est une découverte sans précédent pour la compréhension des mécanismes de l'adhérence en milieu aqueux", s'enthousiasme la chercheuse. [Vous devez être inscrit et connecté pour voir cette image]Adhésion humide d'un composite de lysine et catéchol sur une surface de mica. Les acides aminés (lysine) sont en rose, les ions potassium éliminés par la lysine en jaune. La surface d'adhésion est représentée en vert. / © Peter Allen, USCB - Citation :
- MÉDECINE. Cette découverte n'intéresse pas que les chimistes : elle pourrait avoir de nombreuses applications. "De nombreux environnements, dont la médecine ont besoin de colles qui fonctionnent en environnement aqueux", commente encore Alison Butler. La fixation des prothèses, ou certaines opérations de micro-chirurgies, sont en effet facilitées par le recours à des colles biologiques, évitant le recours aux sutures, qui n'est pas toujours possible."Nous avons désormais la base sur laquelle bâtir de futures recherches de formulation". Il n'y a pas à dire : les fruits de mer, ça adhère.
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