Crevette, les homards et les champignons peuvent ne pas sembler être d'excellents outils pour le champ de bataille, mais trois ingénieurs de l'Université de Houston utilisent la chitine - un dérivé du glucose présent dans les parois cellulaires des arthropodes et des champignons - et des techniques d'impression 3D pour produire des revêtements multicouches à fort impact qui peuvent protéger les soldats contre les balles, laser, gaz toxique et autres dangers.

Bien que le maïs soit mieux connu comme un produit durable, matériau biosourcé, la chitine est prometteuse en tant que matériau couramment disponible qui pourrait être traité et utilisé dans certains produits qui nécessitent désormais des plastiques à base de pétrole, dit Alamgir Karim, Chaire Dow Professeur de génie chimique et biomoléculaire.

"Et si nous pouvions traiter ces matériaux et les amener à un certain niveau de performance, afin que nous puissions faire de très bonnes choses dans le monde des plastiques ?" a-t-il demandé. "Ils seraient biodégradables par conception, afin qu'ils puissent se décomposer et retourner à Mère Nature."

Karim, qui est également directeur de l'International Polymer &Soft Matter Center et du programme d'ingénierie des matériaux à l'UH, est chercheur principal sur le projet, financé par un 660 $, 000 bourses du Département de la Défense des États-Unis. Venkatesh Balan, professeur adjoint de technologie de l'ingénierie, et Megan Robertson, professeur agrégé de génie chimique et biomoléculaire, sont co-chercheurs principaux.

Ils sont chargés de développer dur, films multicouches durables et antimicrobiens capables de résister à un impact de projectiles ou de lasers tout en absorbant simultanément les gaz toxiques. Karim a déclaré que le travail aurait également des applications au-delà de l'armée, étendre potentiellement ses avantages environnementaux.

La chitine est le composant principal des parois cellulaires des champignons et des exosquelettes des arthropodes, y compris les crustacés, insectes et mollusques. On le trouve aussi dans les écailles de poisson. Il peut être récolté et transformé pour produire du chitosane, ou de la chitine désacétylée, une fibre qui est également produite et vendue comme complément alimentaire pour traiter l'obésité, taux de cholestérol élevé, l'hypertension artérielle et la maladie de Crohn. Le chitosan est plus facile à manipuler que la chitine fragile.

Balan, dont le laboratoire produit des biomolécules à usage médical et industriel, utilise des procédés chimiques et enzymatiques pour produire les molécules de chitosane à partir de carapaces de crustacés. "Nous essayons de faire la même chose avec les champignons, " il a dit, notant que les champignons produisent un degré de polymérisation plus constant de manière durable, aider à standardiser la production de chitine puis à la transformer en chitosane.

Une source stable de polymères de chitosane ne sera qu'un début. Robertson déterminera comment modifier la composition atomique à la surface du chitosane afin d'améliorer son interface avec les couches fonctionnelles. Ses recherches incluent la conception de polymères durables et biodégradables dérivés de ressources renouvelables.

Cette compatibilité accrue entre le chitosane et le polymère améliorera la capacité du revêtement à piéger le gaz ou à absorber l'impact d'un projectile, elle a dit.

C'est là qu'intervient Karim :il conçoit un système multicouche qui sera composé d'une couche durcie résistante aux chocs; une couche d'écrasement absorbant l'énergie qui rappelle la façon dont les voitures modernes sont conçues pour se froisser à l'impact, la sauvegarde de la capsule du passager ; une couche pour absorber les gaz toxiques, avec des nanoparticules de charbon dispersées dans le chitosane; et une couche d'adhérence textile, qui liera le revêtement à la toile et à d'autres textiles.

Cela impliquera l'impression en 3D de différentes nanoparticules de chitine et des structures de conception de zones d'écrasement fabriquées ou renforcées de chitosane et de les tester pour déterminer leur capacité à résister à un impact.

"C'est un très bon, projet respectueux de l'environnement, " Karim a dit, et celui qui aura des applications pour l'automobile, construction et autres industries.