La résistance aux antibiotiques est devenue un grave problème de santé publique. Infections hospitalières, les prothèses ou implants chirurgicaux qui s'infectent et ne répondent pas au traitement sont un véritable défi pour la communauté de la recherche, qui cherche depuis des années des alternatives pour éliminer efficacement ces bactéries. En 2012, les chercheurs du Département de génie chimique de l'Universitat Rovira i Virgili, Vladimir Baulin et Sergueï Pogodine, a ouvert une ligne de recherche pour développer des modèles antibactériens inspirés des insectes. Les ailes de, par exemple, les libellules sont constituées de structures complexes de formes géométriques nanométriques, qui sont très efficaces pour tuer les bactéries. Dans leur tentative de comprendre ces formes et de les reproduire comme de nouveaux matériaux antibactériens, une équipe composée de Vladimir Baulin, Marc Werner, du Leibniz-Institut für Polymerforschung (Dresde, Allemagne) et Elena Ivanova de l'université australienne RMIT, découvert que l'élasticité des nanopiliers est un facteur clé car ils peuvent retenir et libérer suffisamment d'énergie pour tuer les bactéries.

La ligne de recherche qui avait été initiée des années auparavant avait déjà trouvé que les ailes de ces insectes sont constituées d'une structure de nanopiliers qui élimine mécaniquement les bactéries, connu sous le nom d'effet biocide. Ces propriétés mécano-bactéricides - par lesquelles les bactéries sont tuées presque instantanément lorsqu'elles entrent en contact avec les piliers sans avoir besoin d'utiliser une substance chimique - soulèvent de nombreuses questions auxquelles les chercheurs tentent de répondre en expérimentant différentes formes et géométries qui les aideront pour comprendre lequel a l'effet bactéricide le plus efficace.

Ils ont étudié la capacité bactéricide sur des surfaces nanométriques en faisant varier la hauteur des piliers et en gardant les autres dimensions constantes. Les résultats, qui viennent de paraître dans la revue PNAS , ont montré que la flexibilité de ces piliers est étroitement liée à leur apparence. « Même les matériaux solides et rigides deviennent flexibles si l'une des dimensions est beaucoup plus longue que les autres (par exemple, une corde de guitare ou un long pilier), " explique Vladimir Baulin. Les chercheurs ont développé un modèle physique qui montre que lorsque les bactéries entrent en contact avec ces piliers, elles peuvent accumuler de l'énergie élastique même à une si petite échelle. Grâce à ce modèle, il est désormais possible de calculer la réponse élastique d'autres structures et optimiser leurs propriétés antibactériennes.

Les forces de déformation du pilier causées par le contact des bactéries sont si élevées qu'elles peuvent même briser la paroi cellulaire de la bactérie, fournissant ainsi un nouveau mécanisme pour les tuer. Ces forces sont associées à des tensions superficielles imposées aux cellules bactériennes. Les piliers sous les bactéries qui s'approchent s'étirent davantage sur les bords, alors que les piliers situés sous le centre des bactéries ne changent pratiquement pas. L'étude montre, alors, que la variation progressive de la hauteur des piliers d'une surface nanométrique peut déterminer leur efficacité bactéricide.

Cette découverte pourrait conduire à une toute nouvelle classe de matériaux antibactériens, qui peut aller des emballages alimentaires aux filtres ou aux masques. Contrairement aux filtres traditionnels, où les bactéries restent mais ne sont pas désactivées, le nouveau matériau élastique à l'échelle nanométrique peut tuer les bactéries en toute sécurité en quelques minutes, ce qui signifie qu'ils ne peuvent activer aucun mécanisme de défense ou opposer aucune résistance, " conclut Baulin.