Un réservoir d'eau rempli d'invertébrés de la taille d'une pièce de monnaie n'est peut-être pas la première chose que vous vous attendez à voir dans un laboratoire de recherche en science et ingénierie des matériaux.

Mais Eli Sone, professeur au département de science et génie des matériaux de la faculté des sciences appliquées et de génie de l'Université de Toronto et de l'Institut de génie biomédical, et son équipe étudient les moules zébrées et quagga depuis des années dans l'espoir qu'elles peut aider à résoudre un large éventail de défis.

"Il y a un angle de la science des matériaux, mais il y a aussi un angle biomédical", explique Sone. "D'une part, ces moules sont un problème en termes de ce que nous appelons le biofouling, nous cherchons donc à concevoir des matériaux ou des revêtements pour les empêcher de boucher les conduites d'arrivée d'eau, par exemple."

"Mais d'un autre côté, si nous comprenons pourquoi ils collent si bien, cela pourrait nous aider à concevoir des choses comme des colles biodégradables non toxiques, qui pourraient offrir une alternative aux points de suture internes pour la chirurgie ou les applications d'administration localisée de médicaments."

Les moules zébrées et quagga sont originaires des lacs et des rivières du sud de la Russie et de l'Ukraine. Ils sont arrivés dans les Grands Lacs d'Amérique du Nord dans les années 1980, probablement en faisant du stop dans les eaux de ballast de navires qui ont quitté l'Europe.

Ils sont depuis devenus envahissants dans de nombreuses voies navigables nord-américaines, déplaçant les espèces de moules indigènes et encrassant les bateaux, les conduites de prise d'eau et d'autres infrastructures.

La dernière étude de l'équipe, récemment publiée dans Scientific Reports , décrit de nouvelles techniques pour mesurer l'adhérence des moules zébrées et quagga à diverses surfaces.

"L'un des défis est de savoir à quel point ces moules sont petites par rapport à d'autres espèces", explique Bryan James, ancien élève en génie de l'Université de Toronto, qui a travaillé sur le projet dans le cadre de sa thèse de premier cycle et est maintenant chercheur postdoctoral au Woods Hole Oceanographic. Établissement à Woods Hole, Mass.

"Les fils qu'ils utilisent pour se fixer aux surfaces ne mesurent que quelques millimètres de long et sont aussi fins qu'un cheveu humain. Vous ne pouvez pas les mettre dans un appareil traditionnel pour tester la résistance à la traction."

La solution improvisée de l'équipe impliquait une paire de pincettes à pointe fine et à fermeture automatique, un appareil photo numérique et un dynamomètre. Avec ceux-ci, ils ont pu mesurer la force nécessaire pour briser la colle à base de protéines que les moules sécrètent.

L'équipe a découvert que les moules adhéraient plus fortement au verre qu'aux plastiques tels que le PVC ou le PDMS. Cela était attendu, car le verre est un matériau hydrophile (attirant l'eau) similaire aux roches que les moules utilisent comme substrats dans la nature. Le PDMS, quant à lui, repousse l'eau et est souvent appliqué sur les coques de bateaux pour prévenir l'encrassement biologique.

Mais il y a aussi eu quelques surprises.

"L'ampleur réelle de ces valeurs était comparable ou, dans certains cas, supérieure aux valeurs rapportées pour d'autres espèces de moules", explique James. "Cela suggère qu'il pourrait bien y avoir quelque chose de spécial dans la colle qu'ils ont développée."

Une fois les fils détachés, l'équipe a scanné la colle laissée sur les surfaces à l'aide de la microscopie électronique.

"Sur certaines surfaces, nous avons constaté qu'un mince résidu de protéine restait après le détachement", explique Kenny Kimmins, actuellement titulaire d'un doctorat. étudiant dans le laboratoire de Sone.

"Cela montre que les protéines à l'interface interagissent très fortement avec ces surfaces même dans des conditions humides, ce que la plupart des adhésifs synthétiques ne peuvent pas faire."

Sone et son équipe poursuivent leurs recherches dans le domaine, en travaillant avec le professeur agrégé Ben Hatton sur de nouveaux types de surfaces pour prévenir l'encrassement des infrastructures critiques.

"En ce moment, les gens utilisent souvent un traitement chimique pour éliminer les moules", explique Sone. "Cela fonctionne, mais cela tue également tout le reste à proximité. Avoir des surfaces auxquelles les moules sont naturellement difficiles à coller pourrait offrir une option plus durable sur le plan environnemental."

L'équipe analyse également les colles produites par les moules zébrées et quagga, dans le but de les imiter dans les adhésifs biomédicaux.

"La nature a eu quelques millions d'années d'avance sur nous en termes de conception d'adhésifs hautes performances qui résistent même lorsqu'ils sont mouillés", déclare Sone. "Si nous pouvons en tirer des leçons, nous pourrons peut-être proposer de meilleures solutions que celles que nous avons actuellement."