Le pigment mélanine protège la peau humaine des rayons UV nocifs (et nous donne un bronzage d'été), et est un véritable trésor de nouveaux matériaux et technologies. Bien que la mélanine se produise naturellement, le biopolymère complexe ne peut être produit artificiellement à l'échelle industrielle que par des procédés coûteux et complexes, au cours de laquelle certaines des propriétés du composé sont perdues. À ce jour, les procédés d'extraction de mélanine naturelle à partir de microorganismes ont de faibles rendements. Il n'est donc pas surprenant que la mélanine soit plusieurs fois plus chère que l'or.

Les chercheurs de l'Empa ont maintenant développé une méthode pour produire de la mélanine dans un processus simple et hautement évolutif. "La mélanine est extrêmement stable lorsqu'elle est exposée aux influences de l'environnement et est intéressante non seulement en tant que pigment, mais aussi bien au-delà pour le développement de matériaux composites innovants, " déclare Francis Schwarze, chercheur à l'Empa, du laboratoire Cellulose &Wood Materials de l'Empa.

Dans leur quête de plus simple, des procédés moins coûteux pour la production de mélanine naturelle en grande quantité, Schwarze et son équipe sont tombés sur un champignon saprophyte commun qui pousse dans la forêt :Armillaria cepistipes. Son métabolisme étonnant permet au champignon de lier les métaux lourds, faire briller le bois dans le noir, et produire de la mélanine à grande échelle. « Nous avons sélectionné une souche prometteuse d'A. cepistipes qui nous permet d'en produire environ 1, 000 fois plus de mélanine qu'avec d'autres champignons, " dit Schwarze. L'astuce :A. cepistipes est cultivé dans un fluide nutritif, et en présence d'un précurseur, tyrosine, libère de la mélanine dans l'environnement. "De cette façon, nous avons développé une méthode de production durable, qui ne nécessite plus les étapes d'extraction fastidieuses utilisées dans les procédés microbiologiques antérieurs, " explique le chercheur de l'Empa. En trois mois, A. cepistipes produit environ 20 grammes de mélanine.

La production évolutive et durable de mélanine permet désormais aux chercheurs de l'Empa de faire avancer des projets de développement de matériaux innovants pour une gamme d'applications industrielles. Ceux-ci inclus, par exemple, un système de purification de l'eau :puisque la mélanine est capable de lier les métaux lourds, il peut être utilisé pour développer de nouveaux types de filtres à eau. « Nous avons intégré la mélanine dans des polymères artificiels comme le polyuréthane, " explique Anh Tran-Ly, chercheuse de l'Empa. Grâce à l'électrofilage, le mélange de polymères a été filé en fibres ultrafines pour former des membranes. L'équipe de l'Empa a découvert que ces membranes composites à base de mélanine pouvaient éliminer jusqu'à 94 % du plomb des eaux polluées.

Aussi noir que l'ébène

Dans la nature, les champignons utilisent la mélanine pour se protéger contre d'autres organismes qui rivalisent pour les nutriments et l'espace dans l'environnement. Avec la nouvelle technologie, le pigment peut désormais également être utilisé pour protéger des communautés beaucoup plus vastes de l'influence humaine :la mélanine peut être utilisée pour conserver les forêts tropicales où pousse l'ébène très cher et très recherché.

Le bois d'ébène tropical est particulièrement précieux en raison de sa couleur sombre unique. Une méthode durable qui valorise le bois d'épicéa de Norvège indigène en un produit visuellement équivalent pourrait préserver les forêts tropicales vulnérables. "Lorsque le bois d'épicéa est imprégné d'une suspension de mélanine, un profond, on peut produire du bois foncé comparable à l'ébène, ", explique Tine Kalac, chercheuse à l'Empa.

Utiliser la mélanine pour préserver des instruments de musique rares

Étant donné que les champignons Armillaria utilisent la mélanine comme arme contre leurs concurrents, il est logique d'utiliser de la mélanine pour protéger le bois des champignons. Afin de développer un conservateur du bois à base de mélanine, Des chercheurs de l'Empa participent à un projet interdisciplinaire récemment lancé avec le soutien d'Innosuisse, l'Agence suisse de l'innovation. Le but est de reconstituer un instrument à vent historique, le serpentino (en anglais :petit serpent).

En collaboration avec l'Université des sciences appliquées et des arts du nord-ouest de la Suisse et le Musée historique de Bâle, le partenaire industriel du projet est la société SBerger Serpents au Bois (JU), qui est responsable de la mise en œuvre pratique du projet de recherche - la reconstruction de l'instrument. Le fondateur de l'entreprise, Stephan Berger, est enthousiasmé par la renaissance de cet instrument rare :"Le serpentino était utilisé il y a plus de 400 ans, et fut le parrain des instruments modernes tels que le saxophone et le tuba, " explique-t-il. Bien que la maîtrise de l'instrument soit un défi technique pour les musiciens, le son est incomparable, dit Berger. "Le serpentino crée des sons riches en harmoniques et profondément touchants." Initialement, l'instrument à vent était utilisé dans les églises pour soutenir le chant car il couvre les registres de la voix humaine et peut ainsi "porter" un chœur.

Bien que la tendance actuelle vers des performances historiquement informées signifie que le serpentino est très demandé, Berger n'est pas en mesure de fournir des instruments à ses clients :les instruments originaux aux courbures particulières sont devenus rares. Parce que l'instrument en forme de serpent, qui est fait de bois de noyer, crée non seulement un son incomparable, la condensation du souffle des musiciens crée un microclimat humide qui offre d'excellentes conditions pour la croissance de toutes sortes de micro-organismes. Ainsi, les conditions pour les bactéries et les champignons sont favorables à la décomposition des instruments centenaires, détruisant progressivement les derniers spécimens originaux.

Les répliques fidèles de serpentino du projet de recherche doivent être protégées de ces dommages. C'est là qu'intervient la mélanine de l'Empa :« Si nous pouvons utiliser un produit de préservation du bois à base de mélanine, non seulement les serpentinos nouvellement construits peuvent être protégés contre la pourriture, " dit Berger. D'autres instruments à vent construits aujourd'hui en utilisant domestique, les bois moins résistants pourraient également bénéficier d'un tel traitement du bois respectueux de l'environnement. Ainsi, la collaboration avec l'équipe de l'Empa est passionnante à plus d'un titre.