Célèbre pour sa résistance, sa flexibilité et sa légèreté, la soie d’araignée a une résistance à la traction comparable à celle de l’acier du même diamètre. De plus, il est biocompatible (c’est-à-dire qu’il peut être utilisé dans des applications médicales) ainsi que biodégradable. Mais la récolte à grande échelle de la soie des araignées s’est révélée peu pratique pour plusieurs raisons. C’est pourquoi les scientifiques ont travaillé pour développer un mécanisme permettant de le produire en laboratoire.
Aujourd’hui, des chercheurs du Centre RIKEN pour la science des ressources durables au Japon ont créé un appareil qui tisse de la soie d’araignée artificielle qui ressemble étroitement à la soie d’araignée naturelle. La glande à soie artificielle a pu recréer la structure moléculaire complexe de la soie en imitant les divers changements chimiques et physiques qui se produisent naturellement dans la glande à soie d’une araignée.
Ce travail est publié dans Communications naturelles dans le journal, “Réplication de l’auto-assemblage de soie d’araignée par cisaillement grâce à la microfluidique.»
Le dispositif microfluidique. La solution précurseur de spidroïne est placée à une extrémité puis tirée vers l’autre extrémité au moyen d’une pression négative. À mesure que les spirroïnes circulent dans les canaux microfluidiques, elles sont exposées à des changements précis de l’environnement chimique et physique et s’auto-assemblent en fibres de soie.
[RIKEN]La soie d’araignée est une fibre biopolymère fabriquée à partir de spirroïnes, de grosses protéines aux séquences très répétitives. À l’intérieur des fibres de soie se trouvent des feuilles bêta qui doivent être correctement alignées pour que les fibres de soie possèdent leurs propriétés mécaniques uniques. Pour recréer ce processus, les scientifiques de RIKEN ont adopté une approche de biomimétisme. “Dans cette étude, nous avons tenté d’imiter la production naturelle de soie d’araignée en utilisant la microfluidique, qui implique l’écoulement et la manipulation de petites quantités de fluides à travers des canaux étroits”, a expliqué Keiji Numata, PhD, professeur de laboratoire de chimie des biomatériaux et titulaire de la chaire de chimie des matériaux polymères. , Université de Kyoto. “En effet, on pourrait dire que la glande à soie de l’araignée fonctionne comme une sorte de dispositif microfluidique naturel.”
Pour ce faire, une solution de spidroïne précurseur, basée sur la spidroïne MaSp2 recombinante, a été placée à une extrémité d’une petite boîte rectangulaire contenant des canaux, puis tirée vers l’autre extrémité au moyen d’une pression négative. Lorsque les spirdroines circulent dans les canaux microfluidiques, elles sont exposées à des changements précis de l’environnement chimique et physique. Dans des conditions appropriées, les protéines s’auto-assemblent en fibres de soie avec leur structure complexe caractéristique.
Plus précisément, la stratégie « intègre une séparation de phase liquide-liquide induite par les ions, une fibrillation pilotée par le pH et une induction dépendante du cisaillement de la formation de feuillets β ».
Entre autres choses, les chercheurs ont découvert que l’utilisation de la force pour faire passer les protéines ne fonctionnait pas ; ce n’est que lorsqu’ils ont utilisé une pression négative pour extraire la solution de spidroïne que des fibres de soie continues avec l’alignement correct des feuilles bêta ont pu être assemblées.
“Il était surprenant de constater à quel point le système microfluidique était robuste, une fois les différentes conditions établies et optimisées”, a déclaré Ali Malay, chercheur scientifique chez RIKEN. « L’assemblage des fibres était spontané, extrêmement rapide et hautement reproductible. Il est important de noter que les fibres présentaient la structure hiérarchique distincte que l’on retrouve dans les fibres de soie naturelle.
Les auteurs écrivent qu’« une contrainte de cisaillement seuil d’environ 72 Pa est requise pour la formation des fibres et que la formation des feuillets β dépend de la présence de blocs de polyalanine dans la séquence répétitive. La fibre MaSp2 formée a une teneur en feuillet β (29,2 %) comparable à celle de la dragline native avec une exigence de contrainte de cisaillement de 111 Pa. »
La possibilité de produire artificiellement des fibres de soie à l’aide de cette méthode pourrait non seulement contribuer à réduire l’impact négatif de la fabrication textile actuelle sur l’environnement, mais la nature biodégradable et biocompatible de la soie d’araignée la rend idéale pour les applications biomédicales, telles que les sutures et les ligaments artificiels.
« Idéalement, nous voulons avoir un impact concret », a déclaré Numata. « Pour que cela se produise, nous devrons étendre notre méthodologie de production de fibres et en faire un processus continu. Nous évaluerons également la qualité de notre soie d’araignée artificielle à l’aide de plusieurs paramètres et apporterons de nouvelles améliorations à partir de là.
2024-01-23 14:20:53
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