Si vous avez déjà essayé d'arracher une palourde d'une digue ou une balane du fond d'un bateau, vous comprendrez que nous pouvons apprendre beaucoup de la nature sur la fabrication d'adhésifs haute performance. Les ingénieurs de l'Université Tufts en ont pris note et rapportent aujourd'hui dans le magazine Advanced Science un nouveau type de colle inspiré de ces créatures obstinément adhérentes. En utilisant des protéines de soie fibreuses extraites de vers à soie, ils ont pu reproduire les caractéristiques clés des balanes et de la colle de moule, notamment les filaments protéiques, la réticulation chimique et la liaison du fer. Le résultat est un adhésif puissant et non toxique qui durcit et fonctionne aussi bien sous l'eau que dans des conditions sèches et il est plus résistant que la plupart des produits adhésifs synthétiques actuellement disponibles sur le marché. "Le joint que nous avons développé est non seulement plus efficace sous l'eau que la plupart des adhésifs disponibles aujourd'hui, mais il atteint également cette résistance avec beaucoup moins de matériau", a déclaré Fiorenzo Omenetto, Frank C. Double professeur d'ingénierie à la Tufts School of Engineering, directeur du Tufts Silklab où le matériau a été créé et auteur correspondant de l'étude. "Et comme le matériau est fabriqué à partir de sources biologiques extraites, les produits chimiques sont inoffensifs car ils sont extraits de la nature et ne nécessitent en grande partie aucune étape de synthèse ni l'utilisation de solvants volatils, ils pourraient également présenter des avantages en termes de production", a-t-il ajouté.
L’équipe « colle » de Silklab a prêté attention à de nombreux éléments clés pour la synthèse de la colle aquatique. Les moules sécrètent de longs fils collants appelés byssus. Ces byssus sécrétés forment des polymères qui s’incrustent dans les surfaces et se réticulent chimiquement pour renforcer la liaison. Les polymères protéiques sont constitués de longues chaînes d’acides aminés, dont la dihydroxyphénylalanine (DOPA), un acide aminé contenant du catéchol qui peut se réticuler avec les autres chaînes. Les moules ajoutent un autre ingrédient particulier, les complexes de fer qui renforcent le pouvoir cohésif du byssus.
Les balanes sécrètent un ciment solide composé de protéines qui se transforment en polymères qui s'ancrent aux surfaces. Les protéines des polymères de ciment de balane replient leurs chaînes d'acides aminés en feuilles bêta, ce qui constitue un arrangement en zigzag qui offre des surfaces planes et la possibilité de former de fortes liaisons hydrogène avec la protéine polymère suivante ou avec la surface à laquelle adhère le filament polymère.
Inspirée par toutes ces stratégies de liaison moléculaire utilisées par la nature, l’équipe Omenetto s’efforce de les reproduire. Ils s'appuient également sur leur expertise en matière de chimie de la protéine de fibroïne de soie extraite du cocon du ver à soie. La fibroïne de soie partage bon nombre des propriétés de forme et de liaison des protéines du ciment des balanes, y compris la capacité de constituer de grandes surfaces de feuilles bêta. Les chercheurs ont ajouté de la polydopamine, un polymère aléatoire de dopamine qui présente des catéchols réticulants sur toute sa longueur, un peu comme les palourdes utilisent pour réticuler leurs filaments de liaison. La force adhésive est considérablement améliorée par le durcissement de la colle avec du chlorure de fer, qui renforce les liaisons avec les catéchols, comme c'est le cas avec les colles naturelles de moules.
