(PhysOrg.com) -- Les scientifiques ont réussi à créer des cristaux synthétiques dont les structures et les propriétés imitent celles des biominéraux naturels tels que les coquillages.

Les résultats, publié dans la revue Matériaux naturels , pourrait être une étape importante dans le développement de matériaux performants, qui pourraient être fabriqués dans des conditions respectueuses de l'environnement.

Les minéraux biologiques ou « biominéraux » sont largement présents dans la nature dans des structures telles que les os, dents et coquillages et présentent fréquemment des formes et des propriétés remarquables par rapport à leurs homologues synthétiques.

Une caractéristique clé des biominéraux est qu'ils sont des matériaux composites, fabriqué à partir d'un minéral inorganique tel que le carbonate de calcium qui contient une petite quantité de matière organique, généralement une protéine.

Les structures résultantes sont incroyablement dures et leurs propriétés mécaniques peuvent rivaliser avec celles des matériaux synthétiques tels que la céramique, qui sont généralement fabriqués sous des températures et des pressions élevées, donnant moins de possibilité de contrôle sur les propriétés du matériau.

Les scientifiques souhaitent comprendre comment la biologie est capable d'effectuer une telle ingénierie de précision dans l'eau à température ambiante afin de pouvoir appliquer ce principe à la conception et à la production de matériaux synthétiques beaucoup plus écologiques que ceux existants.

Maintenant une équipe dirigée par le professeur Fiona Meldrum, de l'École de chimie de l'Université de Leeds, a réussi à créer des biominéraux artificiels qui présentent des propriétés similaires aux biominéraux tels que les épines d'oursins.

Ils l'ont fait en faisant croître des cristaux de calcite en présence de nanoparticules de polymère synthétique qui agissent comme des protéines artificielles. Ces nanoparticules sont incorporées dans l'architecture du cristal au fur et à mesure de sa croissance pour créer un matériau composite.

Les chercheurs ont également testé les propriétés mécaniques du matériau composite à l'aide d'un nanoindenteur, un petit outil en forme de ciseau qui peut pousser un matériau et enregistrer sa réponse à une force.

Le professeur Meldrum a déclaré :« Cette méthode de création de biominéraux synthétiques nous donne un aperçu unique de la structure de ces matériaux incroyables et de la manière dont les molécules organiques sont incorporées dans la structure cristalline à un niveau microscopique. Nous pouvons ensuite relier cette structure microscopique à la mécanique propriétés du matériau.

"Ce que nous avons découvert, c'est que le biominéral artificiel que nous avons créé est en réalité beaucoup plus dur que le minéral de calcite pure car il s'agit d'un matériau composite - où vous ajoutez quelque chose de mou à une substance dure pour créer quelque chose d'encore plus dur que l'un ou l'autre des éléments constitutifs. "

Co-auteur Professeur Stephen Eichhorn, qui vient de déménager à l'Université d'Exeter de l'Université de Manchester, a déclaré:"Les exemples biologiques de structures à base de carbonate de calcium ont une dureté plus élevée que les minéraux purs sans protéines présentes. Il est remarquable que nous ayons pu obtenir le même résultat en utilisant une" pseudo "protéine synthétique."

« Quand j'ai commencé à rechercher les propriétés mécaniques des coquillages à Manchester, mon premier doctorant et moi les avons littéralement collectés avec un seau et une pelle sur la plage. Je n'imaginais pas que nous serions capables de mesurer des propriétés similaires pour matériaux fabriqués en laboratoire."

Les chercheurs vont maintenant essayer de reproduire leur technique en utilisant différents minéraux.