Une « toile d’araignée végétalienne » comme alternative au plastique à usage unique

13/06/2021 à 13:15 CEST

Alors que les soi-disant bioplastiques continuent de soulever des doutes quant à leur réelle durabilité, des chercheurs britanniques ont créé un matériau capable d’être produit à grande échelle, durable et à base de plantes qui pourrait remplacer le plastique à usage unique dans de nombreux produits de consommation. Le résultat final est comme la soie de la toile d’araignée, mais avec une origine végétale.

Des chercheurs de l’Université de Cambridge ont réussi à créer un film polymère qui imite les propriétés de la soie d’araignée, l’un des matériaux les plus résistants de la nature. Le nouveau matériau est aussi résistant que de nombreux plastiques utilisés aujourd’hui et pourrait les remplacer dans de nombreux produits et usages ménagers. Les résultats sont publiés dans la revue Nature Communications.

Le matériau a été créé à l’aide d’un nouveau système d’assemblage de protéines végétales en matériaux qui imitent la soie au niveau moléculaire. Cette méthode écoénergétique, qui utilise des ingrédients durables, donne un film de type plastique séparé, qui peut être fabriqué à l’échelle industrielle.

De plus, une couleur « structurelle » qui ne se décolore pas peut être ajoutée au polymère, et il peut également être utilisé pour fabriquer des revêtements imperméables.

Le matériel est compostable directement à la maison, tandis que d’autres types de bioplastiques nécessitent des installations de compostage industriel pour se dégrader. De plus, le matériau développé par l’Université de Cambridge ne nécessite pas de modifications chimiques de ses composants naturels, il peut donc se dégrader en toute sécurité dans la plupart des environnements naturels.

Le nouveau produit Il sera commercialisé par Xampla, une entreprise issue de cette même université, qui développe des pièces détachées plastiques et microplastiques à usage unique. La société lancera une gamme de sachets et de capsules à usage unique plus tard cette année, qui peuvent remplacer le plastique utilisé dans les produits de tous les jours tels que les récipients pour lave-vaisselle et les capsules de détergent à lessive.

Une découverte faite lors d’une enquête sur la maladie d’Alzheimer

Depuis 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 lorsqu’ils se plient mal ou « se comportent mal », et comment cela se rapporte à la santé et à la maladie humaines, principalement la maladie d’Alzheimer.

« Nous étudions généralement comment les interactions protéiques fonctionnelles nous permettent de rester en bonne santé et comment les interactions irrégulières sont impliquées dans la maladie d’Alzheimer », a déclaré Knowles, qui a dirigé la recherche actuelle.

« Ce fut une surprise de découvrir que nos recherches pouvaient également s’attaquer à un gros problème de durabilité: celui de la pollution plastique », a-t-il ajouté.

Dans le cadre de leurs recherches sur les protéines, Knowles et son groupe ont exploré pourquoi des matériaux comme la soie de toile d’araignée sont si solides alors qu’ils ont des liaisons moléculaires si faibles.

« Nous avons découvert que l’une des caractéristiques clés qui donne à la soie d’araignée sa force est que les liaisons hydrogène sont régulièrement disposées dans l’espace à une densité très élevée », a déclaré Knowles.

Le co-auteur, le Dr Marc Rodríguez García, chercheur postdoctoral dans le groupe de Knowles et maintenant responsable de la R&D chez Xampla, a commencé à étudier comment reproduire cet auto-assemblage régulier dans d’autres protéines.

Et est-ce les protéines ont une propension à l’auto-organisation moléculaire et à l’auto-assemblage, et les protéines végétales en particulier sont abondantes et peuvent être obtenues de manière durable comme 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 plastiques à usage unique », a déclaré la doctorante Ayaka Kamada, premier auteur de l’article.

Les chercheurs ont réussi à reproduire les structures trouvées dans la soie d’araignée en utilisant un isolat de protéine de soja, qui a une composition complètement différente.

« Parce que toutes les protéines sont constituées de chaînes polypeptidiques, dans les bonnes conditions pNous pouvons faire en sorte que les protéines végétales s’auto-assemblent comme la soie d’araignéea dit Knowles.

« Dans une araignée, la protéine de soie se dissout dans une solution aqueuse, qui est ensuite assemblée en une fibre extrêmement résistante grâce à un processus de filage qui nécessite très peu d’énergie », a-t-il poursuivi.

« D’autres chercheurs ont travaillé directement avec des matériaux en soie pour remplacer le plastique, mais ils sont toujours un produit animal », a déclaré Rodríguez García. « D’une certaine manière, nous avons créé de la « soie d’araignée végétalienne », c’est-à-dire que nous avons créé la même matière sans l’araignée »expliqua le scientifique.

Tout remplacement du plastique nécessite un autre polymère. Les deux qui existent en abondance dans la nature sont les polysaccharides et les polypeptides. La cellulose et la nanocellulose sont des polysaccharides et ont été utilisées pour une variété d’applications, mais elles nécessitent souvent une certaine forme de réticulation pour former des matériaux solides. Les protéines s’auto-assemblent et peuvent former des matériaux solides comme la soie sans modifications chimiques, mais elles sont beaucoup plus difficiles à travailler.

Les chercheurs ont utilisé l’isolat de protéine de soja (SPI) comme protéine végétale test, car il est facilement obtenu en tant que sous-produit de la production d’huile de soja. Les protéines végétales comme le SPI sont peu solubles dans l’eau.

Article de référence : DOI : 10.1038 / s41467-021-23813-6

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