Échantillon de la nouvelle soie d’araignée synthétique — © Washington University in St. Louis / Jingyao Li

La soie produite par les araignées est réputée pour ses propriétés mécaniques hors du commun. Des chercheurs américains ont récemment mis au point une version synthétique surpassant plusieurs de ses équivalents naturels.

Imiter (et surpasser) la nature

En 2018, les scientifiques de l’université de Washington avaient développé une soie d’araignée synthétique comparable à la vraie en termes de résistance à la traction, d’extensibilité et de robustesse. Pour ce faire, ceux-ci avaient inséré des gènes de production de soie dans des bactéries et les avaient modifiés de manière à ce que les protéines de la soie fusionnent pour former un matériau plus performant.

Pour cette nouvelle étude présentée dans la revue ACS Nano, l’équipe s’est appuyée sur ces travaux antérieurs afin de créer une nouvelle forme surpassant la soie d’araignée naturelle, grâce aux nanocristaux bêta. « Les araignées ont compris comment filer des fibres contenant une quantité souhaitable de nanocristaux », explique Fuzhong Zhang, co-auteur de l’étude. « Mais lorsque les humains utilisent des procédés de filage artificiel, la quantité de nanocristaux dans une fibre de soie synthétique est souvent inférieure à celle de son homologue naturelle. »

Les chercheurs ont ici modifié les arrangements de protéines dans la soie, ajoutant de nouvelles séquences amyloïdes ayant tendance à produire davantage de nanocristaux bêta tout en utilisant moins de séquences d’acides aminés répétitives, ce qui a permis de faciliter leur production par les bactéries.

Image au microscope d’une fibre de la soie synthétique — © Washington University in St. Louis / Jingyao Li

Des performances impressionnantes

Bien que la protéine amyloïde polymère hybride obtenue contienne « seulement » 128 unités répétitives, contre 192 pour la précédente forme, l’équipe précise que les nanocristaux bêta compensent largement la perte de résistance qu’une telle réduction pourrait engendrer. Lors des tests, la nouvelle soie synthétique supporte une force de tension d’environ 1 gigapascal (GPa) et possède une résistance mécanique moyenne d’environ 161 mégajoules par m3.

Une telle combinaison surpasse la plupart des soies synthétiques, ainsi que certaines soies naturelles. À titre de comparaison, les fibres synthétiques produites s’avèrent plus résistantes qu’un acier ordinaire de même diamètre et les rompre requiert davantage d’énergie que celles du Kevlar, l’un des matériaux utilisés pour construire les combinaisons spatiales.

L’équipe indique n’avoir travaillé qu’avec trois séquences amyloïdes, ce qui signifie que des propriétés encore plus impressionnantes pourraient se cacher parmi les milliers d’autres qui attendent d’être explorées. « Il existe un éventail quasi-illimité d’applications pour ces matériaux haute performance », conclut Jingyao Li, auteur principal de l’étude.

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