Déplacez-vous sur les imprimantes 3D: les scientifiques cultivent la nacre à partir de bactéries, parfait pour la fabrication de bâtiments ou d'os

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Déplacez-vous sur les imprimantes 3D: les scientifiques cultivent la nacre à partir de bactéries, parfait pour la fabrication de bâtiments ou d'os
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Déplacez-vous sur les imprimantes 3D: les scientifiques cultivent la nacre à partir de bactéries, parfait pour la fabrication de bâtiments ou d'os

Par Good News Network - 27 avril 2019

Réimprimé de l'Université de Rochester

Les matériaux synthétiques les plus résistants sont souvent ceux qui imitent intentionnellement la nature.

Une substance naturelle que les scientifiques ont étudiée comme modèle pour créer des matériaux synthétiques est la nacre, également connue sous le nom de nacre.

Étant un matériau exceptionnellement dur et rigide produit par certains mollusques et servant de couche de coquille intérieure, il comprend également la couche extérieure de perles, ce qui leur donne leur éclat brillant.

Mais si les propriétés uniques de la nacre en font une inspiration idéale dans la création de matériaux synthétiques, la plupart des méthodes utilisées pour produire la nacre artificielle sont complexes et énergivores.

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Maintenant, un biologiste de l'Université de Rochester a inventé une méthode peu coûteuse et respectueuse de l'environnement pour fabriquer de la nacre artificielle en utilisant un composant innovant: les bactéries. La nacre artificielle créée par Anne S. Meyer, PhD, professeur agrégé de biologie à Rochester, et ses collègues est faite de matériaux produits biologiquement et a la ténacité de la nacre naturelle, tout en étant rigide et, étonnamment, pliable.

Photo de l'Université de Rochester / J. Adam Fenster

La méthode utilisée pour créer le nouveau matériau pourrait conduire à de nouvelles applications en médecine, en ingénierie et même en construction de bâtiments sur la Lune.

Les propriétés mécaniques impressionnantes de la nacre naturelle proviennent de sa structure hiérarchique en couches, qui permet à l'énergie de se disperser uniformément à travers le matériau. Dans un article publié dans la revue Petit, Meyer et ses collègues décrivent leur méthode d'utilisation de deux souches de bactéries pour reproduire ces couches. Lorsqu'ils ont examiné les échantillons au microscope électronique, la structure créée par la bactérie était stratifiée de manière similaire à la nacre produite naturellement par les mollusques.

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Bien que les matériaux inspirés de la nacre aient été créés synthétiquement auparavant, les méthodes utilisées pour les fabriquer impliquent généralement un équipement coûteux, des températures extrêmes, des conditions de haute pression et des produits chimiques toxiques, dit Meyer. «Beaucoup de gens qui créent de la nacre artificielle utilisent des couches de polymère qui ne sont solubles que dans des solutions non aqueuses, un solvant organique, puis ils ont ce seau géant de déchets à la fin de la procédure qui doit être éliminé.

Cependant, pour produire de la nacre dans le laboratoire de Meyer, tous les chercheurs doivent faire pousser des bactéries et les laisser reposer dans un endroit chaud. Ils créent des couches minces alternées de carbonate de calcium cristallisé - pour agir comme du ciment - et de polymère collant. Ils prennent d'abord une lame de verre ou de plastique et la placent dans un bécher contenant les bactéries Sporosarcina pasteurii, une source de calcium et de l'urée (provenant de la miction). Cette combinaison déclenche la cristallisation du carbonate de calcium. Pour faire la couche de polymère, ils placent la lame dans une solution de bactéries Bacillus licheniformis, puis laissez le bécher reposer dans un incubateur.

Photo de l'Université de Rochester / J. Adam Fenster

À l'heure actuelle, il faut environ une journée pour construire une couche de carbonate de calcium et de polymère d'environ cinq micromètres d'épaisseur. Meyer et son équipe envisagent actuellement de recouvrir d'autres matériaux comme le métal avec la nacre, et d'essayer de nouvelles techniques pour rendre plus rapides des matériaux plus épais comme de la nacre.

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L'une des caractéristiques les plus bénéfiques de la nacre produite dans le laboratoire de Meyer est qu'elle est biocompatible - faite de matériaux produits par le corps humain ou que les humains peuvent manger naturellement de toute façon. Cela rend la nacre idéale pour les applications médicales comme les os artificiels et les implants, explique Meyer. «Si vous vous cassez le bras, par exemple, vous pourriez mettre une épingle en métal qui doit être retirée lors d'une deuxième intervention chirurgicale après la guérison de votre os. Une épingle faite de notre matériel serait rigide et résistante, mais vous n'auriez pas à la retirer.

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Et, bien que le matériau soit plus dur et plus rigide que la plupart des plastiques, il est très léger, une qualité qui est particulièrement précieuse pour les véhicules de transport comme les avions, les bateaux ou les fusées, où chaque livre supplémentaire signifie plus de carburant. Parce que la production de nacre bactérienne ne nécessite aucun instrument complexe et que le revêtement de nacre protège contre la dégradation chimique et les intempéries, il est prometteur pour les applications de génie civil comme la prévention des fissures, les revêtements protecteurs pour le contrôle de l'érosion ou pour la conservation des artefacts culturels, et pourrait être utile dans l'industrie alimentaire, comme matériau d'emballage durable.

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La nacre pourrait également être un matériau idéal pour construire des maisons sur la lune et d'autres planètes: les seuls «ingrédients» nécessaires seraient un astronaute et un petit tube de bactéries, dit Meyer. «La lune a une grande quantité de calcium dans la poussière de lune, donc le calcium est déjà là. L'astronaute apporte les bactéries et l'astronaute fabrique de l'urée, qui est la seule autre chose dont vous avez besoin pour commencer à fabriquer des couches de carbonate de calcium.

Au-delà de ses qualités de matériau structurel idéal, la nacre elle-même - comme tout propriétaire de bijoux en perles le sait - est assez belle. Qui ne veut pas un peu plus de beauté au monde?

(REGARDER la vidéo éducative ci-dessous)


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