Des chercheurs ont réussi à concevoir un dispositif permettant de créer de la soie d’araignée artificielle, un matériau réputé pour ses propriétés remarquables.
Cette innovation, dirigée par Keiji Numata au RIKEN Center for Sustainable Resource Science, Japon, représente un pas important vers des solutions durables dans diverses industries.
Qualités remarquables de la soie d’araignée
La soie d’araignée, connue pour sa résistance, sa flexibilité et sa légèreté exceptionnelles, possède une résistance à la traction comparable à celle de l’acier et un rapport résistance/poids inégalé.
Il est non seulement biodégradable mais également biocompatible, ce qui le rend très recherché pour des applications médicales telles que les sutures et les ligaments artificiels.
Cependant, le défi réside dans sa production. La récolte de la soie d’araignée à grande échelle n’est pas pratique, ce qui incite les scientifiques à rechercher des solutions en laboratoire.
Déchiffrer le code
La glande à soie artificielle créée par les chercheurs surmonte cet obstacle. Il simule méticuleusement la structure moléculaire complexe de la soie d’araignée naturelle en reproduisant les transformations chimiques et physiques qui se produisent dans la glande à soie d’une araignée.
Cette approche biomimétique, qui utilise la microfluidique – la manipulation de petites quantités de liquide à travers des canaux étroits – a joué un rôle crucial.
« Dans cette étude, nous avons tenté d’imiter la production naturelle de soie d’araignée en utilisant la microfluidique, en traitant essentiellement la glande à soie de l’araignée comme un dispositif microfluidique naturel », explique Numata.
Ce processus consiste à guider une solution de spidroïne précurseur à travers des canaux microfluidiques dans un petit dispositif rectangulaire en forme de boîte.
À mesure que la solution se déplace, influencée par une pression négative plutôt que par une force, elle subit des modifications chimiques et physiques spécifiques.
Microfluidique et conditions contrôlées
Ces conditions méticuleusement contrôlées permettent aux protéines de s’auto-assembler en fibres de soie, reflétant la structure complexe de la soie naturelle de l’araignée.
Le défi consistait à affiner les conditions du système microfluidique pour obtenir l’alignement correct des sous-structures moléculaires appelées feuilles bêta, cruciales pour les propriétés mécaniques uniques de la soie.
« Il était surprenant de constater à quel point le système microfluidique était robuste, une fois les différentes conditions établies et optimisées », remarque le scientifique principal Ali Malay, co-auteur de l’article.
« L’assemblage des fibres était spontané, rapide et hautement reproductible, les fibres présentant la structure hiérarchique distincte trouvée dans la fibre de soie naturelle. »
L’avenir de la soie d’araignée artificielle
Cette méthode de production de soie d’araignée a de vastes implications. Il offre une alternative écologique à la fabrication textile traditionnelle et ouvre de nouvelles portes dans les applications biomédicales.
Toutefois, pour que ces avantages soient pleinement exploités, le processus doit être étendu à plus grande échelle.
« Idéalement, nous voulons avoir un impact réel », explique Numata, soulignant la nécessité de rendre la production de fibres continue et d’améliorer encore la qualité de la soie artificielle.
Le succès de cette initiative pourrait marquer une nouvelle ère dans la science des matériaux, offrant un matériau durable et polyvalent, à la fois écologique et médicalement bénéfique.
En résumé, la réplication réussie de la soie d’araignée par les chercheurs de RIKEN marque une étape importante dans la science des matériaux. Cette avancée ouvre un champ de possibilités en matière de durabilité environnementale et d’innovation médicale.
Alors que l’équipe s’efforce d’augmenter la production et d’affiner la qualité de la soie artificielle, l’impact potentiel de ce matériau écologique et biocompatible dans diverses industries ne peut être surestimé.
En savoir plus sur la soie d’araignée
La soie d’araignée nous séduit par son extraordinaire mélange de résistance et d’élasticité.
Comme indiqué ci-dessus, cette fibre naturelle, filée par des araignées, surpasse de nombreux matériaux fabriqués par l’homme et recèle un immense potentiel pour diverses applications.
Ce qui distingue la soie d’araignée, c’est sa résistance à la traction, qui rivalise avec celle de l’acier, et son élasticité impressionnante.
Remarquablement légère, la soie d’araignée peut s’étirer jusqu’à cinq fois sa longueur sans se casser. Cette combinaison de robustesse et de flexibilité en fait une merveille d’ingénierie.
Les araignées produisent de la soie à partir de glandes spécialisées. Ils l’utilisent à diverses fins : de la construction de toiles pour piéger leurs proies à la création de sacs d’œufs et même de leur utilisation comme bouée de sauvetage lorsqu’ils tombent ou flottent.
Composition et applications de la soie d’araignée
Au niveau moléculaire, la soie d’araignée est constituée de chaînes protéiques organisées de manière spécifique. Cette structure lui confère ses propriétés uniques.
Les chercheurs étudient cette composition, dans l’espoir de reproduire, voire d’améliorer ces qualités dans des matériaux synthétiques.
Les applications potentielles de la soie d’araignée sont vastes. En médecine, sa biocompatibilité le rend idéal pour les sutures et l’ingénierie tissulaire.
Dans l’industrie textile, sa résistance et sa durabilité offrent une alternative écologique aux fibres synthétiques.
De plus, sa nature légère mais robuste pourrait révolutionner les matériaux utilisés dans les secteurs aérospatial et militaire.
Récolte et reproduction de la soie d’araignée artificielle
Malgré son potentiel, récolter de la soie d’araignée en grande quantité reste un défi, car les araignées sont territoriales et cannibales, ce qui rend l’élevage difficile.
Par conséquent, comme indiqué précédemment dans cet article, les scientifiques explorent des méthodes de production synthétiques, notamment le génie génétique et la microfluidique, pour créer de la soie d’araignée artificielle.
La quête pour exploiter les propriétés de la soie d’araignée se poursuit. Sa réplication et sa production en série pourraient conduire à des avancées significatives dans divers domaines, offrant un matériau durable et performant.
En résumé, la soie d’araignée, à la fois naturelle et artificielle, témoigne de l’ingéniosité de la nature, inspirant les scientifiques et les ingénieurs à repousser les limites de la science des matériaux.
L’avenir semble prometteur alors que nous sommes sur le point d’exploiter l’une des créations les plus remarquables de la nature pour le bénéfice de l’humanité.
L’étude complète a été publiée dans la revue Communications naturelles.
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