Les yeux de nombreux insectes, y compris la mouche des fruits, sont recouverts d'une mince, revêtement transparent composé de minuscules protubérances avec antireflet, propriétés anti-adhésives. Un article publié dans la revue La nature révèle les secrets de fabrication de ce nano-revêtement.

Les auteurs, de l'Université de Genève (UNIGE) et de l'Université de Lausanne (UNIL) - en collaboration avec l'ETH Zurich (ETHZ) - montrent que le revêtement ne se compose que de deux ingrédients :une protéine appelée rétinine et de la cire cornéenne. Ces deux composants génèrent automatiquement le réseau régulier de protubérances en jouant les rôles d'activateur et d'inhibiteur, respectivement, dans un processus de morphogenèse modélisé dans les années 1950 par Alan Turing. L'équipe multidisciplinaire a même réussi à reproduire artificiellement le phénomène en mélangeant de la rétinine et de la cire sur différents types de surface. Ce processus, qui est très bon marché et est basé sur des matériaux biodégradables, a été utilisé pour obtenir des nano-revêtements avec une morphologie proche de celle des insectes, avec des fonctionnalités anti-adhésives et antireflet qui pourraient avoir de nombreuses applications dans des domaines aussi divers que les lentilles de contact, implants médicaux et textiles.

"Le nano-revêtement qui recouvre la surface des yeux de certains insectes a été découvert à la fin des années 1960 chez les papillons de nuit, " dit Vladimir Katanaev, professeur au Département de physiologie cellulaire et métabolisme de la Faculté de médecine de l'UNIGE et chercheur principal de l'étude. "Il est constitué d'un réseau dense de petites protubérances d'environ 200 nanomètres de diamètre et de plusieurs dizaines de nanomètres de hauteur. Il a pour effet de réduire la réflexion de la lumière."

La cornée d'un insecte sans revêtement réfléchit généralement environ 4% de la lumière incidente, alors que la proportion tombe à zéro chez les insectes qui ont le revêtement. Bien qu'une amélioration de 4 % puisse sembler faible, il suffit d'un avantage, surtout dans des conditions d'obscurité, d'avoir été sélectionné au cours de l'évolution. Grâce à ses propriétés anti-adhésives, le revêtement offre également une protection physique contre les plus petites particules de poussière dans l'air.

Le professeur Katanaev s'est lancé dans ce domaine de recherche il y a dix ans. En 2011, lui et son équipe ont été les premiers à découvrir le nano-revêtement sur les yeux des mouches des fruits (Drosophila melanogaster). Cet insecte est bien plus adapté à la recherche scientifique que les mites, notamment parce que son génome a été entièrement séquencé.

Alan Turing :la lumière qui guide

Sur la base de leurs résultats préliminaires, en 2015, le professeur Katanaev et ses collègues ont suggéré que le nano-revêtement résultait d'un mécanisme de morphogenèse que le mathématicien britannique Alan Turing avait modélisé dans les années 1950. Ce modèle soutient que deux molécules sont organisées automatiquement pour produire des motifs en patchs ou en bandes régulières. Le premier sert d'activateur, en commençant un processus où un modèle spécial émerge et s'auto-amplifie. Mais il stimule aussi la deuxième molécule en même temps, qui agit comme un inhibiteur et se diffuse plus rapidement. Ce modèle a permis d'expliquer des phénomènes naturels à l'échelle macroscopique - comme les taches sur un léopard ou les rayures sur un zèbre - et à l'échelle microscopique mais jamais encore à l'échelle nanoscopique.

Le chercheur basé à Genève a maintenant rassemblé plus de preuves pour étayer cette hypothèse. Grâce aux analyses biochimiques et au recours au génie génétique, Le professeur Katanaev et ses collègues ont réussi à identifier les deux composants impliqués dans le modèle de réaction-diffusion développé par Turing. Cela dépend d'une protéine appelée rétinine et de cire produite par plusieurs enzymes spécialisées, dont deux ont été identifiés. La rétinine joue le rôle d'activateur :de par sa forme initialement déstructurée, il adopte une structure globulaire au contact de la cire et commence à générer le motif. La cire, d'autre part, joue le rôle d'inhibiteur. Le jeu de puissance entre les deux conduit à l'émergence du nano-revêtement.

Nano-revêtement artificiel

« Nous avons ensuite réussi à produire de la rétinine à très faible coût en utilisant des bactéries génétiquement modifiées à cet effet, " dit le professeur Katanaev. " Après l'avoir purifié, nous l'avons mélangé avec différentes cires commerciales sur des surfaces en verre et en plastique. Nous avons alors pu reproduire très facilement le nano-revêtement. Il est similaire en apparence au revêtement trouvé dans les insectes et possède des propriétés anti-reflets et anti-adhésives. Nous pensons pouvoir déposer ce type de nano-revêtement sur quasiment tout type de surface, y compris le bois, papier, métal et plastique."

Les premiers tests ont montré que le revêtement résiste à 20 heures de lavage à l'eau (il s'abîme facilement par les détergents ou les rayures, même si des améliorations technologiques pourraient le rendre plus robuste). Les propriétés antireflet ont déjà suscité un certain intérêt chez les fabricants de lentilles de contact, tandis que les propriétés anti-adhésives pourraient plaire aux producteurs d'implants médicaux. En effet, ce type de revêtement pourrait permettre de contrôler où s'accrochent les cellules humaines. L'industrie dispose déjà des techniques nécessaires pour obtenir ce résultat. Mais ils utilisent des méthodes dures, tels que les lasers ou les acides. La solution de l'équipe genevoise a l'avantage d'être peu coûteuse, bénigne et totalement biodégradable.