Une percée dans la technologie des membranes biomimétiques

La recherche, qui pourrait avoir des applications importantes dans des domaines allant des organes électriques artificiels implantables au dessalement de l'eau, a été menée par des scientifiques de l'Institut Adolphe Merkle (AMI) à l'Université de Fribourg, avec des collaborateurs internationaux. Le Laboratoire de bio- et nano-instrumentation (LBNI), de l'EPFL, dirigé par Georg Fantner, a apporté son expertise et ses instruments pour les expériences de microscopie à force atomique nécessaires à l'étude, qui a été publiée dans la revue Nature.

Selon un communiqué de presse de l'AMI, La nouvelle technique exploite l'interface d'un système aqueux avec deux phases distinctes pour former et stabiliser ces membranes. En contrôlant soigneusement les conditions dans lesquelles les deux solutions non miscibles interagissent avec les côtés opposés de ces membranes, les chercheurs ont créé une couche polymérique fine d'une épaisseur de 35 nanomètres, mais qui peuvent couvrir des surfaces de plus de 10 centimètres carrés sans défaut.

La méthode utilise des copolymères à blocs hautement ajustables pour former une bicouche à l'interface des deux phases. Les membranes qui en résultent présentent des propriétés mécaniques remarquables et des capacités d'autoréparation, ce qui les rend robustes et durables pour une utilisation pratique. Ces membranes artificielles reproduisent les fonctions de transport sélectif d'ions des membranes cellulaires naturelles. En incorporant un peptide de transport naturel, les membranes atteignent une sélectivité ionique élevée, ce qui leur permet de générer de l'énergie électrique à partir de solutions de différents sels. Cette fonctionnalité s'inspire des organes électriques des raies et d'autres poissons électriques, qui utilisent des principes similaires pour produire de l'énergie.

Ce développement laisse entrevoir des applications significatives. Dans le domaine du stockage de l'énergie, ces membranes pourraient permettre la mise au point de dispositifs à grande échelle pour stocker l'énergie électrique. Dans le domaine du dessalement de l'eau, elles peuvent constituer des barrières hautement sélectives qui séparent efficacement les ions de l'eau. Dans les traitements médicaux tels que la dialyse, la capacité des membranes à filtrer sélectivement les ions pourrait conduire à des procédures plus efficaces et moins invasives. Enfin, ces membranes pourraient permettre la mise en place de sources d'énergie électrique implantables, rechargées en continu à partir de l'énergie métabolique du corps.

Cette recherche a été menée par le groupe de biophysique de l'AMI en collaboration avec le groupe des polymères fonctionnels durables de Nico Bruns à l'Université technique de Darmstadt, un groupe de théorie et de simulation informatique à l'Université Paris-Saclay, le laboratoire de bio- et nano-instrumentation de l'EPFL, ainsi que les groupes de chimie des polymères et de physique de la matière molle de l'AMI.