Dans le film Avengers :guerre à l'infini , l'une des scènes les plus cool se produit lorsqu'Iron Man active son armure nanotechnologique. Dans la vraie vie, développer une technique pour assembler des nanomatériaux en matériaux en vrac macroscopiques qui conservent leurs propriétés uniques à l'échelle nanométrique reste une tâche difficile. Ce problème entrave également l'application industrielle pratique des nanomatériaux.

Une solution possible consiste à fournir un squelette qui peut maintenir les nanomatériaux individuels ensemble et ainsi construire des nanocomposites fonctionnels en vrac, tout comme les barres d'armature en acier dans le béton armé. Parmi de nombreux candidats, nanofibrilles de cellulose bactérienne (BC), l'un des biomatériaux les plus abondants pouvant être produit en grande quantité à faible coût par fermentation bactérienne, sont favorisés par les scientifiques non seulement pour leur résistance à la traction élevée comparable à l'acier et au Kevlar, mais aussi pour le réseau nanofibreux 3D robuste qu'ils forment. Cependant, le procédé classique de fabrication des nanocomposites BC nécessite la désintégration d'une telle structure de réseau 3D, ce qui altère sérieusement les propriétés mécaniques des nanocomposites construits. L'objectif pour les chercheurs est d'incorporer des blocs de construction à l'échelle nanométrique dans une matrice BC tout en préservant la structure du réseau 3-D de BC.

En réponse à ce défi, des chercheurs dirigés par le professeur YU Shu-Hong de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC) ont récemment développé une stratégie de biosynthèse générale et évolutive, qui implique la croissance simultanée de nanofibrilles de cellulose par fermentation microbienne et le co-dépôt de divers types de blocs de construction à l'échelle nanométrique (NBB) par alimentation par aérosol (la pulvérisation intermittente de nutriments liquides et de suspension de NBB) sur des substrats de culture solides. Par rapport à la fermentation statique dans des nutriments liquides dispersés avec des NBB, cette méthode surmonte la limitation de diffusion des unités nanométriques du milieu liquide inférieur à la couche de surface supérieure du BC nouvellement développé, produire avec succès une série de nanocomposites en vrac uniformes composés de BC et de blocs de construction à l'échelle nanométrique de différentes dimensions, formes, et tailles. La méthode peut être facilement étendue pour des applications industrielles potentielles en utilisant de grands réacteurs et en augmentant le nombre de buses.

Grâce à la répartition uniforme des NBB dans les nanocomposites biosynthétisés, les chercheurs ont pu régler le contenu des nanotubes de carbone (CNT) dans une large gamme de 1,5 % en poids à 75 % en poids en modifiant la concentration des suspensions de NTC. Notez que la méthode de fabrication conventionnelle des nanocomposites de NTC qui nécessite le mélange de dispersions de NTC avec des solutions de polymère n'est applicable que pour préparer des nanocomposites de polymère à faible teneur en NTC ( <10 % en poids %), car il est extrêmement difficile de disperser de manière homogène des NTC à haute concentration dans des hôtes polymères.

Pour démontrer davantage les avantages de la stratégie de biosynthèse pour la préparation de nanocomposites renforcés mécaniquement, Des films nanocomposites de CNT/BC ont également été préparés à des fins de comparaison en mélangeant des suspensions de CNT et de BC désintégrés. La résistance à la traction et le module de Young des nanocomposites CNT/BC biosynthétisés étaient remarquablement plus élevés que ceux des échantillons mélangés. Par conséquent, les nanocomposites NTC/BC biosynthétisés atteignent une résistance mécanique et une conductivité électrique extrêmement élevées, ce qui est d'une importance cruciale pour l'application pratique.nanocomposites. Des aérosols de nutriments liquides et des suspensions de blocs de construction à l'échelle nanométrique ont été introduits dans le bioréacteur avec de l'air comprimé filtré, qui était contrôlé par un système de contrôle automatique. b à d, Illustration schématique de la formation uniforme de nanocomposites à base de BC avec des nanoparticules 0D, nanotubes ou nanofils 1D, et des nanofeuillets 2D. e, Photographie d'une pellicule CNTs/BC de grande taille d'un volume de 800×800×8 mm3. F, Comparaison de la résistance à la traction des nanocomposites CNT/BC biosynthétisés avec des nanocomposites CNT/BC mélangés. g, Conductivité électrique des films NTC/BC en fonction du volume et de la fraction massique des NTC. Réimprimé avec la permission d'Oxford University Press.

"Malgré le fait que nous nous concentrons actuellement sur les aérogels et les films nanocomposites à base de CNT dans ce travail, toutes les pellicules biosynthétisées peuvent être converties en nanocomposites en vrac fonctionnels correspondants.", dit GUAN Qing-Fang, le premier auteur de cet ouvrage. Par exemple, les films nanocomposites Fe3O4/BC biosynthétisés ont présenté un comportement superparamagnétique et une résistance à la traction élevée, qui devraient être utiles dans divers domaines tels que les actionneurs électromagnétiques, dispositifs microfluidiques intelligents, et la biomédecine. « En modernisant la ligne de production de pointe qui produit des pellicules de cellulose bactérienne pure, on peut s'attendre à une production à l'échelle industrielle de ces matériaux nanocomposites en vrac pour des applications pratiques dans un proche avenir.", les chercheurs offrent une perspective positive.