Une étude récente, Publié dans Matériaux avancés , montre que les virus natifs peuvent être utilisés comme échafaudage pour immobiliser des molécules photoactives afin d'oxyder potentiellement les polluants organiques présents dans les eaux usées, sous irradiation de lumière visible

Une équipe de recherche de l'Université Aalto a développé une nouvelle stratégie pour créer des matériaux à base de virus pour la catalyse. Le projet, qui s'inscrit dans le cadre des actions Horizon 2020 Marie Skłodowska-Curie, vise à ouvrir la voie à l'application de matériaux biohybrides optiquement actifs - une combinaison de biomolécules et de fractions synthétiques - dans des domaines allant de la nanomédecine à la synthèse organique verte ou aux sciences de l'environnement.

"Notre premier défi était de sélectionner le bon photosensibilisateur, " dit Eduardo Anaya, chercheur postdoctoral à l'Université Aalto, "Nous avons décidé d'employer des phtalocyanines, un dérivé synthétique de l'hématoporphyrine (le colorant responsable de la couleur du sang), en raison de leurs propriétés exceptionnelles en tant que générateur d'espèces réactives de l'oxygène. Cependant, l'utilisation de ce type de colorants en milieu aqueux présente plusieurs défis qui affectent leurs performances. Par conséquent, une conception soignée était nécessaire pour maintenir leurs propriétés ».

En collaboration avec le groupe de recherche du professeur Tomas Torres de l'Universidad Autonoma de Madrid, un nouveau dérivé de phtalocyanine a été synthétisé, résultant en une molécule avec des propriétés résilientes dans différents milieux de force ionique. La conception a assuré la photoactivité du colorant même dans un environnement aqueux.

« L'un des axes de notre groupe de recherche réside dans la conception de nouveaux assemblages de protéines et leur application potentielle en tant que nouveaux matériaux », ajoute le professeur Mauri Kostiainen, leader du groupe Matériaux Biohybrides. "Notre approche est basée sur des interactions supramoléculaires, telles que la liaison électrostatique ainsi, Dans ce projet, nous avons décidé de combiner le colorant chargé positivement avec un virus de la mosaïque du tabac chargé négativement (un virus en forme de bâtonnet de 300 nm de long), résultant en un matériau fibreux photoactif. Cette approche a conduit à des threads très ordonnés, qui ont été minutieusement caractérisés par la diffusion des rayons X et plusieurs techniques de microscopie au centre de nanomicroscopie d'Aalto, " dit Kostiainen.

En plus de la caractérisation structurelle, Anaya souligne que la caractéristique la plus cruciale est que le colorant reste actif malgré son immobilisation dans les fibres. « Nous pouvons fixer le site de réaction dans un support solide et y faire passer la solution que nous voulons réagir, étant la lumière visible le seul "carburant" que nous utilisons pour que cela se produise. Cela nous permet de créer une configuration de flux continu qui permet l'intensification du processus d'oxydation, " conclut-il.

L'équipe de recherche a conçu un dispositif de preuve de concept permettant d'immobiliser les fibres dans un capillaire en verre ; un flux entrant s'est oxydé en plusieurs cycles. La résilience des fibres a été évaluée, concluant que leur stabilité structurelle et leur photoactivité restent constantes dans le temps. Un avantage supplémentaire est que, une fois le processus d'oxydation terminé, une impulsion lumineuse peut démonter les fibres, ce qui les rend faciles à éliminer. L'approche rapportée représente la première étape vers l'utilisation de biohybrides dans des réactions en flux continu, qui représentent une approche respectueuse de l'environnement pour ce type de procédé industriel.