Des chercheurs de l'Université de Tel-Aviv créent un verre qui se répare de lui-même aux applications innombrables

Des chercheurs sous la direction du Prof. Ehud Gazit et de la doctorante Gal Finkelstein-Zuta de l'École de biomédecine et de recherche sur le cancer et du Département de science et ingénierie des matériaux de l'Université de Tel-Aviv, ont créé un nouveau type de verre révolutionnaire, qui se forme spontanément au contact de l'eau à température ambiante, est à la fois adhésif et super transparent et peut même se reconstituer de lui-même s'il est cassé. Le nouveau matériau pourrait révolutionner une large gamme d'industries différentes, allant de l'optique et l'électro-optique à la biomédecine, en passant par la communication par satellite et la télédétection.

Gazit finkelsteinLes résultats de l'étude ont été récemment publiés dans la prestigieuse revue Nature.

Le nouveau verre a été découvert par hasard, alors que l'équipe effectuait des recherches sur une petite molécule (peptide), constituée de tyrosine, l'un des vingt acides aminés qui composent toutes les protéines du corps humain.

« Dans notre laboratoire, nous étudions la bio-convergence, domaine d'études multidisciplinaire ayant pour but de développer de nouvelles technologies qui combinent biologie et ingénierie, et vise à répondre aux défis non résolus dans les domaines de la médecine, de l'agriculture, de l'alimentation, de l'énergie et de la sécurité. En particulier, nous utilisons les merveilleuses propriétés de la biologie pour produire des matériaux innovants », explique le Prof. Gazit. « Entre autres, nous étudions des séquences d'acides aminés, qui sont les éléments constitutifs des protéines. Les acides aminés et les peptides ont une tendance naturelle à se connecter les uns aux autres pour former des structures ordonnées présentant une organisation répétitive spécifique. Au cours de nos recherches, nous avons découvert un peptide qui se comporte différemment de tous les autres : il s'organise au contraire d'une manière amorphe, sans ordre, comme le verre ».

Une poudre qui se dilue dans l'eau

Au niveau moléculaire, le verre est une substance qui s'apparente à un liquide, et possède une structure désordonnée ; mais ses propriétés mécaniques sont celles d'un solide. Il se créé par le refroidissement rapide de matériaux fondus « gelés » dans cet état avant qu'ils n'aient le temps de se cristalliser. Cet état amorphe lui confère des propriétés optiques, chimiques et mécaniques uniques, ainsi qu'une résistance, une polyvalence et une durabilité. L'équipe de recherche de l'Université de Tel-Aviv a découvert un peptide constitué d'une séquence de trois tyrosines (YYY), qui forme spontanément des molécules de verre au contact de l'eau, à température ambiante.

Verre nouvau

« Le verre normal que nous connaissons tous se créé par un refroidissement très rapide de matériaux en fusion », explique Gal Finkelstein-Zuta. « Il faut geler et fixer le matériau avant qu'il ne s'organise de manière plus économe en énergie, et pour cela il faut investir de l'énergie : le chauffer à haute température et le refroidir immédiatement. Le verre que nous avons fabriqué est composé de blocs biologiques élémentaires, et il se forme spontanément à température ambiante, sans investissement d'énergie telle que la chaleur ou la haute pression. Il suffit de dissoudre une poudre dans de l'eau claire, comme pour préparer de la grenadine ». Gal raconte comment elle a fabriqué des lentilles optiques en laboratoire, facilement et rapidement : « Au lieu d'un long processus d'usinage et de polissage, nous avons simplement versé une goutte sur une surface et créé une lentille dont nous contrôlons la courbure, et donc la mise au point, uniquement en ajustant le volume de la solution ».

Transparent au rayonnement infrarouge

Les propriétés de ce verre innovant sont uniques au monde et sont même en contradiction les unes avec les autres. Il possède une dureté élevée, mais peut se réparer lui-même à température ambiante ; il est très collant, et en même temps transparent dans une large gamme spectrale allant du domaine de la lumière visible au domaine du moyen infrarouge, ce qui augmente la variété des utilisations qui peuvent en être faites.

« C'est la première fois que nous parvenons à créer des molécules de verre dans des conditions faciles », déclare le Prof. Gazit, « Et de plus, le verre que nous avons créé possède dans propriétés importantes. C'est un verre très spécial. Il est à la fois très résistant et très transparent, bien plus que le verre de silicate habituel que nous connaissons tous, qui laisse passer la lumière visible, mais reste opaque à l'infra-rouge lointain. Le verre moléculaire que nous avons créé est également transparent au rayonnement infrarouge lointain (le rayonnement thermique) ». D'après le Prof. Gazit, cette propriété permet son utilisation dans de nombreux domaines divers, notamment les satellites, la télédétection, la communication et l'optique. « Nous avons déjà un partenariat avec la société israélienne Al-Op, qui fabrique des systèmes électro-optiques. Grâce à sa propriété adhésive, notre verre peut coller différents verres entre eux, et en même temps il peut réparer lui-même les fissures qui s'y forment. Il s'agit d'un ensemble de propriétés qui n'existe dans aucun verre au monde, qui présente un grand potentiel en science et en ingénierie, et nous avons obtenu tout cela à partir d'un peptide, un petit morceau de protéine ».

Verre 640x400

 

Photos :

1.  Gal Finkelstein-Zuta et le Prof. Ehud Gazit

2.-3. Le nouvea verre peptidique

(Crédit: Université de Tel-Aviv)

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