Les chercheurs ont créé un matériau végétal, resilient et évolutif qui pourrait remplacer les plastiques à usage one of a kind dans de nombreux produits de consommation.



Les chercheurs de l’Université de Cambridge ont créé un film polymère en imitant les propriétés de la soie d’araignée, l’un des matériaux les moreover résistants de la character. Le nouveau matériau est aussi résistant que de nombreux plastiques courants utilisés aujourd’hui et pourrait remplacer le plastique dans de nombreux produits ménagers courants.

Le matériau a été créé en utilisant une nouvelle approche pour assembler des protéines végétales en matériaux qui imitent la soie au niveau moléculaire. La méthode écoénergétique, qui utilise des ingrédients durables, donne un movie autoportant semblable à du plastique, qui peut être fabriqué à l’échelle industrielle. Une couleur « structurelle » qui ne s’estompe pas peut être ajoutée au polymère et elle peut également être utilisée pour fabriquer des revêtements résistants à l’eau.



Le matériau est compostable à la maison, tandis que d’autres styles de bioplastiques nécessitent des installations de compostage industriel pour se dégrader. De plus, le matériau développé par Cambridge ne nécessite aucune modification chimique de ses éléments constitutifs naturels, de sorte qu’il peut se dégrader en toute sécurité dans la plupart des environnements naturels.

Le nouveau produit sera commercialisé par Xampla, une entreprise dérivée de l’Université de Cambridge qui développe des produits de remplacement pour le plastique et les microplastiques à usage exclusive. La société lancera une gamme de sachets et de capsules à usage distinctive moreover tard cette année, qui peuvent remplacer le plastique utilisé dans les produits de tous les jours comme les pastilles pour lave-vaisselle et les capsules de détergent à lessive. Les résultats sont publiés dans la revue Mother nature Communications.

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 lorsque les protéines se replient ou  » se comportent mal « , et comment cela se rapporte à la santé et aux maladies humaines, principalement la maladie d’Alzheimer.

« Nous étudions normalement remark les interactions protéiques fonctionnelles nous permettent de rester en bonne santé et remark 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 aborder un gros problème de durabilité  : celui de la air pollution plastique.  »

Dans le cadre de leurs recherches sur les protéines, Knowles et son groupe se sont intéressés à la raison pour laquelle des matériaux comme la soie 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 drive est que les liaisons hydrogène sont disposées régulièrement dans l’espace et à une densité très élevée », a déclaré Knowles.

Le co-auteur, le Dr Marc Rodriguez Garcia, chercheur postdoctoral dans le groupe de Knowles qui est maintenant responsable de la R&D chez Xampla, a commencé à chercher comment reproduire cet auto-assemblage régulier dans d’autres protéines. Les protéines ont une propension à l’auto-organisation et à l’auto-assemblage moléculaires, et les protéines végétales en particulier sont abondantes et peuvent être obtenues de manière long lasting en tant que 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 cette lacune de connaissances, nous pouvons trouver des solutions aux plastiques à utilization special « , a déclaré la doctorante Ayaka Kamada, leading auteur de l’article.

Les chercheurs ont réussi à reproduire les structures trouvées sur la soie d’araignée en utilisant un isolat de protéine de soja, une protéine avec une composition complètement différente. « Parce que toutes les protéines sont constituées de chaînes polypeptidiques, dans les bonnes situations, nous pouvons amener les protéines végétales à s’auto-assembler tout comme la soie d’araignée », a déclaré Knowles. « Dans une araignée, la protéine de soie est dissoute dans une option aqueuse, qui s’assemble ensuite en une fibre extrêmement résistante grâce à un processus de filage qui nécessite très peu d’énergie. »

« D’autres chercheurs ont travaillé directement avec des matériaux en soie pour remplacer le plastique, mais il s’agit toujours d’un produit animal », a déclaré Rodriguez Garcia. « D’une certaine manière, nous avons créé de la » soie d’araignée végétalienne  » – nous avons créé le même matériau sans l’araignée. »

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

Les chercheurs ont utilisé l’isolat de protéine de soja (SPI) comme protéine végétale take a look at, automobile il est facilement disponible en tant que sous-produit de la production d’huile de soja. Les protéines végétales telles que SPI sont peu solubles dans l’eau, ce qui rend difficile le contrôle de leur auto-assemblage en constructions ordonnées.

La nouvelle technique utilise un mélange respectueux de l’environnement d’acide acétique et d’eau, combiné à des ultrasons et à des températures élevées, pour améliorer la solubilité du SPI. Cette méthode produit des constructions protéiques avec des interactions intermoléculaires améliorées guidées par la formation de liaisons hydrogène. Dans une deuxième étape, le solvant est éliminé, ce qui donne un movie insoluble dans l’eau.

Le matériau a des performances équivalentes aux plastiques procedures hautes performances tels que le polyéthylène basse densité. Sa force réside dans l’agencement régulier des chaînes polypeptidiques, ce qui signifie qu’il n’y a pas besoin de réticulation chimique, qui est fréquemment utilisée pour améliorer les performances et la résistance des films biopolymères. Les agents de réticulation les moreover couramment utilisés ne sont pas durables et peuvent même être toxiques, alors qu’aucun élément toxique n’est requis pour la method développée par Cambridge.

« C’est l’aboutissement de quelque selected sur lequel nous travaillons depuis moreover de dix ans, qui consiste à comprendre comment la mother nature génère des matériaux à partir de protéines », a déclaré Knowles.  » Nous n’avions pas pour objectif de résoudre un problème de durabilité – nous étions motivés par la curiosité de savoir comment créer des matériaux solides à partir d’interactions faibles.  »

« La percée clé ici est de pouvoir contrôler l’auto-assemblage, de sorte que nous pouvons désormais créer des matériaux de haute efficiency », a déclaré Rodriguez Garcia. « C’est excitant de faire partie de ce voyage. Il y a un énorme, énorme problème de air pollution plastique dans le monde, et nous avons la probability de pouvoir faire quelque chose à ce sujet. »