(Phys.org) -- Chercheurs dirigés par Raffaele Mezzenga, professeur en sciences de l'alimentation et des matériaux mous, ont créé un nouveau nanocomposite composé de graphène et de fibrilles protéiques :un papier spécial, qui combine les meilleures caractéristiques des deux composants.

Les feuilles circulaires que Raffaele Mezzenga soulève doucement d'une boîte de Pétri sont brillantes et noires. En regardant ce petit morceau de papier, on pourrait difficilement imaginer qu'il est constitué d'un nouveau matériau nanocomposite, avec des propriétés inédites et uniques, développé dans le laboratoire du professeur de l'ETH.

Ce nouveau "papier" est fait de couches alternées de protéines et de graphène. Les deux composants peuvent être mélangés dans des compositions variables, mis en solution, et séché en fines feuilles à travers un filtre sous vide - "de la même manière que l'on fait habituellement dans la fabrication de papier normal à partir de cellulose", explique Mezzenga. "Cette combinaison de différents matériaux aux propriétés inhabituelles produit un nouveau nanocomposite avec des avantages majeurs, " dit le professeur de l'ETH. Par exemple, le matériau est entièrement biodégradable.

Le "papier graphène" a des caractéristiques de mémoire de forme

Le graphène est mécaniquement résistant et électriquement conducteur, aussi bien que, très hydrofuge par nature. D'autre part, les fibrilles protéiques sont biologiquement actives et peuvent se lier à l'eau. Cela permet au nouveau matériau d'absorber l'eau et de changer de forme dans des conditions d'humidité variables. Par ailleurs, le "papier graphène" a des caractéristiques de mémoire de forme telles qu'il peut se déformer lors de l'adsorption d'eau, et retrouver la forme d'origine lors du séchage. Cela pourrait être utilisé, par exemple, soit dans des capteurs d'eau ou des actionneurs d'humidité.

Mais "la caractéristique la plus intéressante est que nous pouvons utiliser ce matériau comme biocapteur pour mesurer précisément l'activité des enzymes, " dit Mezzenga. Les enzymes peuvent digérer et décomposer les fibrilles protéiques. Cela modifie la résistance du composite, qui est une quantité mesurable une fois que le papier graphène est incorporé dans un circuit électrique. "Cette fonctionnalité est, pour moi, la plus belle partie de l'histoire. Vu sous cet angle, nous pourrions prétendre avoir découvert une nouvelle méthode générale pour mesurer l'activité enzymatique », dit le professeur de l'ETH.

Le matériau peut également être conçu pour répondre à d'autres besoins. Par exemple, plus la proportion de graphène est élevée, mieux il conduit l'électricité. D'autre part, plus il y a de fibrilles, plus l'eau peut être absorbée par ce matériau, avec des déformations accrues en réponse aux changements d'humidité.

De façon intéressante, ce nouveau matériau peut être fabriqué avec des moyens relativement simples. La protéine, dans ce cas, bêta-lactoglobuline, une protéine de lait, est d'abord dénaturé par des températures élevées dans une solution acide. Les produits finaux de ce processus de dénaturation sont des fibrilles de protéines en suspension dans l'eau; ces fibrilles agissent alors comme stabilisants pour les feuilles de graphène hydrophobes et leur permettent d'être finement dispersées dans l'eau et transformées en nanocomposites par une simple technologie de filtration.

Le concept peut être étendu

Compte tenu de la tendance généralisée des protéines à former des fibrilles, dans des conditions particulières, ce concept peut être étendu, en principe à d'autres protéines alimentaires, tels que ceux trouvés dans les œufs, sérum sanguin et soja. Les fibrilles de bêta-lactoglobuline utilisées dans les travaux menés par Mezzenga sont digérées spécifiquement par la pepsine, une enzyme présente dans l'estomac pour permettre la digestion de plusieurs composants alimentaires. Cependant, varier les types de protéines pourrait fournir une nouvelle méthode de ciblage d'une classe d'enzymes beaucoup plus large.

Inspirés par leurs recherches passées sur les fibrilles amyloïdes et par l'essor du graphène, les chercheurs de l'ETH ont combiné ces deux éléments constitutifs pour générer une nouvelle classe de matériaux polyvalents et fonctionnels. "Aujourd'hui, le papier au graphène n'est plus une nouveauté », dit Mezzenga, « c'est l'association avec les fibrilles amyloïdes qui est au cœur de cette nouvelle classe de matériaux hybrides ».