Les moules sont des clandestins maritimes notoires connus pour endommager les coques des bateaux, mais ces mêmes propriétés adhésives ont des applications d'ingénierie répandues, des scientifiques en Chine et aux États-Unis écrivent dans une revue publiée le 10 juillet dans la revue Question . Ils suggèrent que la chimie des fils de moules inspire des innovations d'ingénierie qui abordent un large éventail de problèmes, du nettoyage des déversements de pétrole au traitement de l'eau contaminée.

Les moules résistent à des courants puissants et à des vagues puissantes en s'attachant aux rochers à l'aide de grappes de fines, fils de byssus étonnamment robustes. Ces fils doivent leur pouvoir adhésif à un groupement d'acides aminés appelé dihydroxyphénylalanine (DOPA), qui s'accroche à la surface en effectuant une série de gymnastique moléculaire, y compris les liaisons hydrogène et les interactions hydrophobes et électrostatiques.

Les scientifiques ont découvert que la DOPA peut adhérer à toutes sortes de substrats solides grâce à ces interactions, tout comme la dopamine, une molécule avec une structure similaire à la DOPA. Des recherches suggérant que la dopamine peut former un revêtement universel sur un large éventail de substrats ont stimulé la croissance de la chimie inspirée des moules en tant que nouvel outil puissant pour l'ingénierie des surfaces des matériaux et la science de l'environnement.

« Les moules sont largement considérées comme une nuisance dans les industries maritimes car elles coloniseront les surfaces immergées, », explique Hao-Cheng Yang, chercheur à l'École de génie chimique et de technologie de l'Université Sun Yat-sen en Chine. « Mais d'un autre point de vue, la fixation robuste des moules sur des substrats sous l'eau a inspiré une stratégie biomimétique pour réaliser une forte adhérence entre les matériaux dans l'eau. »

Diverses innovations inspirées des moules sont déjà en cours. Un groupe de chercheurs en Chine a développé un globule rouge universel, qui peut être accepté par des individus de tout groupe sanguin, qui fonctionne en utilisant des revêtements inspirés des moules pour protéger la cellule de la détection par le système immunitaire du corps (et donc empêcher la réponse immunitaire destructrice qui en résulterait).

D'autres recherches ont réussi à développer des matériaux supérieurs pour séparer l'huile et l'eau, ce qui pourrait aider à atténuer les dommages environnementaux causés aux milieux marins après des déversements de pétrole. Contrairement à certains matériaux développés précédemment, les chercheurs pensent que ces innovations axées sur les moules peuvent convenir à une production à grande échelle. Les moules ont également inspiré les progrès de la technologie de purification de l'eau. Des matériaux innovants capables d'éliminer les métaux lourds, polluants organiques, et les agents pathogènes des eaux usées sont développés à partir de la dopamine polymérisée, qui se lie facilement à ces contaminants ou à d'autres matériaux ayant de telles propriétés de capture.

Cependant, bien que les propriétés liantes des moules aient inspiré diverses recherches récentes, les défis doivent encore être surmontés avant de pouvoir être appliqués dans le monde réel. Les scientifiques s'efforcent toujours de comprendre pleinement les relations structure-propriété des produits chimiques inspirés des moules tels que la polydopamine et de comprendre le réseau complexe d'interactions entre les acides aminés qui influencent leurs propriétés adhésives.

"Malgré la simplicité et l'efficacité, il y a encore des limitations inhérentes, " dit Yang. "Des conditions alcalines sont généralement nécessaires pour réaliser la polymérisation de la dopamine, il ne peut donc pas être appliqué sur des matériaux instables dans des conditions alcalines. De plus, le dépôt de PDA est un processus qui prend du temps - il faut des dizaines d'heures pour former un revêtement uniforme sur la plupart des surfaces matérielles."

Certains chercheurs espèrent surmonter ces défis en trouvant à faible coût, stable, et des substituts sûrs à la polydopamine, comme les polyphénols.