Des chercheurs inventent des fils adhésifs inspirés de Spider-Man
Des chercheurs de l’Université de Tufts aux États-Unis se sont inspirés de la technique de lancement de toiles du personnage célèbre de Spider-Man pour créer une nouvelle méthode permettant de projeter un fil de soie liquide qui se transforme instantanément en fibres solides, capables de coller et de soulever des objets.
Les chercheurs ont publié leur étude dans la revue Advanced Functional Materials, la première du genre à allier science et science-fiction, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives d’applications futures dans divers domaines.
Dans leur laboratoire « Silk Lab » à l’Université de Tufts, les chercheurs ont utilisé de la soie de vers à soie pour développer ces fibres en faisant bouillir les cocons dans une solution pour décomposer et analyser la protéine principale connue sous le nom de fibroïne. Après avoir ajouté certains produits chimiques, il est possible de projeter la solution de soie à travers une fine aiguille, où elle se solidifie immédiatement au contact de l’air, formant ainsi un fil robuste capable de coller aux objets et de les soulever.
Inspiration de la nature et des super-héros
La nature a toujours été une source d’inspiration majeure pour ce type de recherche. Des êtres vivants comme les araignées, les fourmis, les abeilles et les papillons produisent de la soie pour diverses raisons, comme la construction de cocons ou des toiles de chasse. Cependant, les chercheurs de l’Université de Tufts ont dépassé cette simple inspiration en tirant aussi de leur créativité des récits de bandes dessinées et de super-héros.
Marco Le Presti, professeur adjoint au département d’ingénierie biomédicale de l’Université de Tufts et chercheur principal de l’étude, explique : « En réalité, le concept d’un adhésif à distance n’existe pas dans la nature; les araignées ne projettent pas leurs toiles, c’est une caractéristique des super-héros. L’effort pour créer un matériau inspiré de ces héros a été motivant et inspirant, non seulement pour moi, mais aussi pour les étudiants qui ont rejoint le laboratoire lors de son développement. »
Défis techniques et innovations
Le plus grand défi auquel les chercheurs ont été confrontés était de simuler la façon dont les araignées forment leurs fils et contrôlent leurs propriétés, telles que la flexibilité et la rigidité. « Dans notre travail, nous avons utilisé de la soie de vers à soie pour créer un hydrogel capable de subir une transition sol-gel et montrer des propriétés adhésives. Ce processus diffère considérablement du processus de filage naturel », précise Le Presti.
Le « sol-gel » est un processus utilisé couramment en chimie et dans des domaines liés aux matériaux. Ce mélange commence sous forme de « sol » liquide contenant des particules en suspension, puis se transforme progressivement en un « gel », un réseau solide tridimensionnel. « Les araignées contrôlent avec précision le processus de formation des fibres, alors que la simulation de ce processus en laboratoire nécessite une coordination extrêmement précise entre les réactions chimiques », ajoute-t-il.
Synchronisation et applications futures
Le Presti souligne que « le défi principal était de synchroniser le timing de la transition sol-gel. Comme dans la capture à distance, la solution doit humidifier la surface de la cible tout en restant à l’état liquide, puis se solidifier très rapidement ». Pour surmonter ce problème, les chercheurs ont utilisé une approche chimique et technique permettant aux fibres de se solidifier rapidement.
Pour améliorer les propriétés des fibres, ils ont ajouté des composés chimiques comme la dopamine, le chitosane et les borates. « La dopamine joue un rôle crucial en augmentant le séchage des protéines de soie, permettant aux fibres de se former en moins d’une seconde. Le chitosane renforce la cohésion interne des fibres, les rendant plus solides, tandis que les borates augmentent la flexibilité et l’adhérence des fibres », explique Le Presti.
Bien que les fibres synthétiques soient encore moins résistantes que celles produites par les araignées, cette technique représente une avancée importante vers cet objectif. Elles pourraient être utilisées dans des domaines comme la médecine biomédicale, notamment pour des adhésifs biodégradables, ou même dans des industries nécessitant des fibres solides et flexibles.
Un mélange unique de science et de fiction
Cette étude illustre une union unique entre science-fiction et réalité scientifique, où les chercheurs affirment que l’inspiration peut venir de la nature ou même des bandes dessinées. « Nous espérons que cette recherche inspirera également les jeunes futurs héros à poursuivre leurs rêves à travers l’étude et la passion », conclut Le Presti.