Éponges marines et fabrication de verre novatrice

L’observation des éponges marines pourraient mener à une nouvelle technologie pour la fabrication du verre.

 

La conception et la manipulation du verre nécessite un traitement thermique à haute température avoisinant les 1000 °C. On a longtemps compris comment certains organismes marins sont capables de former des architectures en verre (appelées spicules) dans les eaux froides.

Un article publié récemment dans Science Advances par le professeur Emil Zolotoyabko, de l'Institut de technologie Technion-Israël, et ses collègues en Allemagne, dirigé par le Dr Igor Zlotnikov de l’université Technique de Dresde, aide à percer ce mystère. Utilisant les méthodes de rayons X les plus avancées, la nano-scanographie et la diffraction focalisée des rayons X, disponibles à l'European Synchrotron Radiation Facility (ESRF, Grenoble, France), le groupe a découvert les principes de la morphogenèse des spicules dans certains types d'éponges marines.

figure 1

Les éponges marines sont l'un des organismes multicellulaires les plus anciens. Le fossile le plus ancien date de plus d'un demi-milliard d'années. Les Demospongiae et les Hexactinellida, deux classes d'éponges, synthétisent des éléments squelettiques à base de silice minéralisée, appelés spicules de verre, qui apportent aux animaux un soutien structurel et une résistance mécanique qui les aide à se protéger de leur environnement. Les spicules ont une taille allant du millimètre au micron, et présentent une diversité de morphologies ramifiées tridimensionnelles très régulières qui est un exemple de symétrie dans les systèmes biologiques (figure 1).

Au cours de la formation du spicule, le processus de dépôt de la silice est modélisé par un filament organique axial. Le filament, jusqu’à 3 mm de diamètre, est principalement composé de protéines activé par des enzymes composé de silicate et de ses dérivés qui catalysent la bio-fabrication de la silice, le processus étant génétiquement contrôlé par des cellules spécialisées, appelées sclérocytes.

Selon les chercheurs, la découverte la plus intrigante concerne les blocs de protéines situés dans le filament axial. En effet ils sont disposés dans une structure tridimensionnelle de type cristal, c’est-à-dire une symétrie de type hexagonale. Les pores à l’intérieur de cette structure sont remplis de silice amorphe. Cet arrangement spatial très régulier de blocs amorphes nanométriques donne lieu à des points très net visible dans le diagramme de diffraction des rayons X (figure 2), apportant des informations complètes sur la symétrie des spicules et le processus de ramification.

figure 2

Par exemple, les chercheurs ont constaté que la tige principale du spicule se développe perpendiculairement au plan hexagonal de base du réseau protéique.

« En utilisant un filament axial cristallin, la nature a maîtrisé la fabrication de structures de verre extrêmement complexes à basse température, ce qui dépasse largement les capacités de la technologie humaine actuelle », explique le professeur Zolotoyabko.

"Une meilleure compréhension de la façon dont les organismes régulent la ramification dans les filaments, pourrait être adoptée dans la production de matériaux nanocristallins, technologiquement pertinents, complexe pour la nano-électronique. Imiter des recettes naturelles en laboratoire nous permettra de développer de nouvelles technique pour la fabrication du verre à température ambiante. "

Source : Technion

Pour une meilleure expérience de lecture
veuillez consulter ce site en format portrait, merci :)