Préparation facile de verre peptidique à température ambiante à l'aide d'un équipement de laboratoire standard. Crédit : Université de Tel Aviv
Des chercheurs de l’Université de Tel Aviv ont créé un verre unique qui est à la fois un adhésif efficace et très transparent. Ce verre à formation spontanée pourrait avoir une influence significative sur de nombreuses industries de haute technologie.
Des chercheurs de l'Université de Tel Aviv (TAU) ont créé un nouveau type de verre aux propriétés uniques, voire contradictoires, comme celle d'être à la fois très adhésif (collant) et incroyablement transparent. Ce verre, qui se forme spontanément au contact de l'eau à température ambiante, pourrait révolutionner de nombreux secteurs industriels aussi divers que l'optique et l'électro-optique, la communication par satellite, la télédétection ou la biomédecine.
Le verre a été découvert par une équipe de chercheurs d'Israël et du monde entier, dirigée par l'étudiante en doctorat Gal Finkelstein-Zuta et le professeur Ehud Gazit de l'École de biomédecine et de recherche sur le cancer Shmunis de la Faculté des sciences de la vie et du Département des sciences et de l'ingénierie des matériaux de la Faculté d'ingénierie de l'Université technique de Tel Aviv. Les résultats de la recherche ont été récemment publiés dans la prestigieuse revue scientifique Nature.

Verre peptidique solide après préparation. Crédit : Université de Tel Aviv
Procédé et propriétés du nouveau verre
« Dans notre laboratoire, nous étudions la bioconvergence et utilisons notamment les merveilleuses propriétés de la biologie pour produire des matériaux innovants », explique le professeur Gazit. « Nous étudions entre autres les séquences de acides aminésqui sont les éléments constitutifs des protéines. Les acides aminés et les peptides ont une tendance naturelle à se connecter les uns aux autres et à former des structures ordonnées avec un arrangement périodique défini, mais au cours de la recherche, nous avons découvert un peptide unique qui se comporte différemment de tout ce que nous connaissons : il ne forme aucun motif ordonné mais un motif amorphe et désordonné, qui décrit le verre.
Au niveau moléculaire, le verre est une substance liquide qui manque d’ordre dans sa structure moléculaire, mais ses propriétés mécaniques sont similaires à celles d’un solide. Le verre est généralement fabriqué en refroidissant rapidement des matériaux en fusion et en les « gelant » dans cet état avant de les laisser cristalliser, ce qui donne un état amorphe qui permet des propriétés optiques, chimiques et mécaniques uniques, ainsi que la durabilité, la polyvalence et la durabilité. Les chercheurs de TAU ont découvert que le peptide aromatique, qui consiste en une séquence de trois tyrosines (YYY), forme spontanément un verre moléculaire, lors de l’évaporation d’une solution aqueuse, dans des conditions de température ambiante.

(De gauche à droite) : Gal Finkelstein-Zuta et le professeur Ehud Gazit. Crédit : Université de Tel Aviv
« Le verre commercial que nous connaissons tous est créé par le refroidissement rapide de matériaux en fusion, un processus appelé vitrification », explique Gal Finkelstein-Zuta. « L’organisation liquide amorphe doit être fixée avant de s’organiser de manière plus efficace sur le plan énergétique comme dans les cristaux, et pour cela, il faut de l’énergie : il faut le chauffer à haute température et le refroidir immédiatement. D’un autre côté, le verre que nous avons découvert, qui est composé de blocs de construction biologiques, se forme spontanément à température ambiante, sans avoir besoin d’énergie comme une chaleur ou une pression élevée. Il suffit de dissoudre une poudre dans de l’eau – comme pour faire du Kool-Aid – et le verre se forme. Par exemple, nous avons fabriqué des lentilles à partir de notre nouveau verre. Au lieu de subir un long processus de meulage et de polissage, nous avons simplement fait couler une goutte sur une surface, dont nous avons contrôlé la courbure – et donc la mise au point – en ajustant uniquement le volume de la solution. »
Les propriétés du verre innovant de TAU sont uniques au monde – et même contradictoires : il est très dur, mais il peut se réparer à température ambiante ; il est un adhésif puissant et en même temps, il est transparent dans une large gamme spectrale, allant de la lumière visible à la gamme infrarouge moyenne.
Impacts et utilisations potentielles
« C’est la première fois que quelqu’un parvient à créer du verre moléculaire dans des conditions simples », explique le professeur Gazit, « mais les propriétés du verre que nous avons créé sont tout aussi importantes. C’est un verre très spécial. D’une part, il est très résistant et d’autre part, très transparent – bien plus transparent que le verre ordinaire. Le verre de silicate normal que nous connaissons tous est transparent dans la gamme de la lumière visible, le verre moléculaire que nous avons créé est transparent dans la gamme infrarouge profonde. Il a de nombreuses applications dans des domaines tels que les satellites, la télédétection, les communications et l’optique. C’est également un adhésif puissant, il peut coller différents verres ensemble, et en même temps, il peut réparer les fissures qui s’y forment. C’est un ensemble de propriétés qui n’existe dans aucun verre au monde, qui a un grand potentiel en science et en ingénierie, et nous avons obtenu tout cela à partir d’un seul peptide – un petit morceau de protéine. »