L'idée de créer des matériaux sélectivement poreux a attiré l'attention des chimistes pendant des décennies. Maintenant, de nouvelles recherches de la Northwestern University montrent que les champignons ont peut-être fait exactement cela pendant des millions d'années.

Lorsque le laboratoire de Nathan Gianneschi a entrepris de synthétiser de la mélanine qui imiterait celle formée par certains champignons connus pour habiter de manière inhabituelle, environnements hostiles, y compris les vaisseaux spatiaux, lave-vaisselle et même Tchernobyl, ils ne s'attendaient pas au départ à ce que les matériaux se révèlent très poreux, une propriété qui permet au matériau de stocker et de capturer des molécules.

La mélanine a été trouvée dans les organismes vivants, sur notre peau et le dos de nos yeux, et comme pigments pour de nombreux animaux et plantes. Il joue également un rôle dans la protection des espèces contre les facteurs de stress environnementaux. Les rayures des serpents de mer à tête de tortue s'assombrissent, par exemple, en présence d'eau polluée; les mites vivant dans les zones industrielles noircissent lorsque leurs cellules absorbent les toxines contenues dans la suie. Les chercheurs se sont demandé si ce type de biomatériau pouvait ressembler davantage à une éponge, pour optimiser ces propriétés. Et, à son tour, si les mélanines spongieuses existaient déjà dans la nature.

"La fonction de la mélanine n'est pas entièrement connue tout le temps et dans tous les cas, " Gianneschi, l'auteur correspondant de l'étude, mentionné. "C'est certainement un piégeur radical dans la peau humaine et protège contre les dommages causés par les UV. Maintenant, grâce à la synthèse, nous sommes tombés sur ce matériau passionnant qui peut très bien exister dans la nature. Les champignons pourraient fabriquer ce matériau pour ajouter de la résistance mécanique à leurs cellules, mais est poreux, permettant aux nutriments de traverser."

L'étude sera publiée vendredi, 5 Mars, dans le Journal de l'American Chemical Society .

Gianneschi est professeur de chimie Jacob et Rosaline Cohn au Weinberg College of Arts and Sciences. Avec des nominations dans les départements de science des matériaux et de génie biomédical de la McCormick School of Engineering, Gianneschi est également directeur associé de l'Institut international de nanotechnologie.

La capacité de créer ce matériel dans un laboratoire est encourageante pour un certain nombre de raisons. Dans des matériaux non poreux typiques, les particules ne s'adsorbent que superficiellement en surface. Mais les matériaux poreux comme l'allomélanine absorbent et retiennent les toxines indésirables tout en laissant de bonnes choses comme l'air, l'eau et les nutriments à travers. Cela peut permettre aux fabricants de créer des revêtements protecteurs pour uniformes.

"Vous êtes toujours excité en découvrant quelque chose qui est potentiellement utile, " dit Gianneschi. " Mais il y a aussi l'idée intrigante qu'en découvrant cela, peut-être que d'autres matériaux comme celui-ci existent déjà en biologie. Il n'y a pas beaucoup d'exemples où la synthèse chimique mène à une découverte biologique. C'est le plus souvent l'inverse."

Naneki McCallum, un étudiant chercheur diplômé en laboratoire et premier auteur de l'article, avait remarqué que dans les bonnes conditions, la mélanine semblait être creuse, ou pourrait être fait pour contenir ce qui ressemblait à des vides par microscopie électronique. Lorsque l'équipe est tombée sur le matériau synthétique, ils ont commencé à expérimenter la porosité et la sélectivité des matériaux pour adsorber les molécules dans ces vides.

Dans une démonstration clé, l'équipe, en collaboration avec des chercheurs du Laboratoire de recherche navale, a pu montrer que la nouvelle mélanine poreuse agirait comme un revêtement protecteur, empêchant les simulants de gaz neurotoxique de passer. Inspiré par ce résultat, ils ont ensuite isolé la mélanine naturelle des cellules fongiques. Cela a été fait en gravant le biomatériau de l'intérieur, laissant une coquille contenant de la mélanine. Ils appellent ces structures "fantômes fongiques" pour les insaisissables, la qualité "Casper" de la forme creuse. Le matériel, dérivés de champignons pourraient également, à son tour être utilisé comme couche protectrice dans les tissus. Remarquablement, la matière reste respirante, laisser passer l'eau, tout en piégeant les toxines.

Un autre avantage de ce matériau est sa simplicité, car il est facilement produit et mis à l'échelle à partir de simples précurseurs moléculaires. À l'avenir, il pourrait être utilisé pour fabriquer des masques de protection et des écrans faciaux et a un potentiel pour des applications dans les vols spatiaux longue distance. Les matériaux de revêtement dans l'espace permettraient aux astronautes de stocker les toxines qu'ils expirent tout en se protégeant des radiations nocives, pour moins de déchets et de poids.

C'est aussi un pas vers des membranes sélectives, un domaine d'étude très complexe qui vise à prendre des composés comme l'eau et à laisser passer des minéraux sains tout en bloquant les métaux lourds comme le mercure.

"Les champignons peuvent prospérer dans des endroits où d'autres organismes luttent, et ils ont de la mélanine pour les aider à le faire, " dit McCallum. " Alors, nous demandons, quelles sont les propriétés que nous pouvons exploiter en recréant de tels matériaux en laboratoire ? »

Le papier est intitulé, "Allomélanine:un biopolymère de microporosité intrinsèque."