Scientifiques de l'Université technologique de Nanyang, Singapour (NTU Singapour) ont trouvé un moyen de transformer le pollen, l'un des matériaux les plus durs du règne végétal, en une matière douce et souple, avec le potentiel de servir de « blocs de construction » pour la conception de nouvelles catégories de matériaux respectueux de l'environnement.

Les résultats, Publié dans Communication Nature aujourd'hui, montrent comment ils ont utilisé un processus chimique simple semblable à la fabrication de savon conventionnel pour transformer les grains de pollen de tournesol et d'autres types de plantes en particules de microgel souples qui répondent à divers stimuli.

Ils suggèrent que, couplée aux avancées de l'impression 3D et 4D, les particules à base de pollen résultantes pourraient un jour être transformées en une gamme de formes différentes, y compris des gels polymères, des feuilles de « papier » et des éponges.

Les auteurs correspondants de cet article sont le professeur adjoint Song Juha de l'École de génie chimique et biomédical, et le professeur Cho Nam-Joon et le professeur Subra Suresh de la School of Materials Science and Engineering de NTU Singapore.

Professeur d'université distingué NTU Subra Suresh, qui est également le président du NTU, a déclaré:"Notre équipe de recherche NTU a transformé les grains de pollen durs au-delà de leurs limites de performance naturelles, et les a convertis en particules de microgel souples qui modifient leurs propriétés en réponse à des stimuli externes. Cela est prometteur pour un large éventail d'applications respectueuses de l'environnement, économiquement abordable, et pratiquement évolutif."

Les résultats à ce jour suggèrent également que la biocompatibilité des particules de microgel à base de pollen, c'est-à-dire qu'elles ne provoquent pas d'effet immunologique, réaction allergique ou toxique lorsqu'elle est exposée aux tissus corporels - le rend également potentiellement approprié pour des applications telles que le pansement, prothèses, et l'électronique implantable.

Professeur Cho Nam-Joon, titulaire de la Chaire de la Materials Research Society of Singapore en science et ingénierie des matériaux, a déclaré:"Nos résultats expérimentaux et informatiques donnent un aperçu des mécanismes biologiques de base du pollen, et démontrer comment la modification de la structure de la paroi du pollen peut faire gonfler les particules de pollen, tout comme les transformations de forme qui se produisent au cours de processus biologiques tels que l'haromégathy (le repliement du grain de pollen pour empêcher la perte d'eau) et la germination. Les résultats montrent également que nous pouvons dépasser les limites de performance de ce que la nature peut accomplir par elle-même."

Pollen, décrit par les scientifiques comme le diamant du monde végétal pour ses traits indestructibles, encapsule et transporte le matériel génétique mâle d'une plante dans une structure de paroi composée de deux couches mécaniquement distinctes - une couche externe dure (exine), et une couche intérieure de cellulose douce et élastique (intine).

Lorsqu'il est libéré de la partie reproductrice mâle d'une fleur, les grains de pollen se déshydratent et les grains individuels se replient sur eux-mêmes. Inversement, lorsque ces grains arrivent sur la structure reproductive femelle de la plante, ils s'hydratent et germent, avec un tube pollinique sortant du grain et vers la partie femelle.

Le processus de croissance du tube pollinique est contrôlé par des enzymes au sein de la structure de la paroi pollinique qui modifient l'élasticité de la paroi et entraînent des changements structurels. Ces processus, entraînant des modifications structurelles de la paroi pollinique, a inspiré l'équipe NTU pour tenter de remodeler toute la structure de la paroi du pollen et de modifier ses propriétés matérielles, en utilisant un procédé similaire à la fabrication de savon conventionnel.

Grains de pollen de tournesol, sans leur couche collante de « ciment de pollen » à base d'huile, ont été incubés dans des conditions alcalines jusqu'à 12 heures. Cela a ramolli les deux parties de la paroi pollinique, et les particules de grains de pollen ont gonflé et sont devenues plus gélatineuses. Plus les grains étaient incubés longtemps, plus le matériau résultant devenait gélatineux.

Dans les simulations informatiques, l'équipe a également découvert que les propriétés élastiques des couches de paroi externe et interne doivent se situer dans une plage précise pour que le matériau dérivé du pollen présente ce comportement semblable à celui d'un gel, suggérant que pour une particule de pollen individuelle, il existe une voie chimique et physique qui détermine si l'hydratation conduit à sa germination réussie.

Le professeur adjoint de la NTU, Song Juha, a déclaré:"Notre étude inspire de futures recherches pour comprendre comment la science des matériaux du pollen pourrait influencer le succès de la reproduction des plantes."