Les plastiques à usage unique ont sauvé de nombreuses vies en améliorant l’assainissement dans les soins de santé. Cependant, la quantité de déchets plastiques, qui peut mettre des dizaines à des centaines d’années à se décomposer, est un fléau mondial de la pollution. Mais maintenant, dans une étude récemment publiée dans ACS Nanodes chercheurs de l’Institut de recherche scientifique et industrielle (SANKEN) de l’Université d’Osaka et des partenaires collaborateurs ont développé des hydrogels et des moulages exceptionnellement polyvalents qui pourraient remplacer les plastiques conventionnels.
L’échelle mondiale des déchets plastiques nécessite de toute urgence des solutions et est abordée sous divers angles. Par exemple, en août 2022, National géographique a publié un article sur le recyclage et la valorisation des déchets plastiques. Néanmoins, « la seule solution à long terme est de développer des alternatives peu coûteuses, performantes et semblables au plastique qui ne persistent pas dans l’environnement », déclare Takaaki Kasuga, auteur principal et principal. « Il s’agit d’un domaine de recherche actif, mais les alternatives proposées à ce jour n’ont pas répondu aux besoins de la société. »
Tout en recherchant le besoin mondial d’un substitut au plastique, Kasuga et ses collègues se sont inspirés des nanofibres de cellulose. Par exemple, ces fibres ultrapetites aident les plantes à maintenir des structures rigides mais légères. En fait, à poids égal, les nanofibres de cellulose aident le bois à être, selon certaines mesures, plus résistant que l’acier. La capacité d’adapter la nature hiérarchique de ces nanofibres en a fait un domaine de recherche actif dans les tissus synthétiques et d’autres contextes de bio-ingénierie.
Diverses techniques sont actuellement disponibles pour mouler des nanofibres dans une orientation contrôlée ; c’est-à-dire présenter une anisotropie. Cependant, une technique simple permettant de mouler des nanofibres de cellulose de l’échelle nano à macroscopique, sur plusieurs axes spatiaux, n’a pas été disponible depuis longtemps. Pour répondre à ce besoin, Kasuga et ses collègues ont utilisé le dépôt électrophorétique pour fabriquer des hydrogels et des moulages anisotropes à base de nanofibres de cellulose.
Il y avait plusieurs résultats particulièrement impressionnants de cette étude. Premièrement, les nanofibres de cellulose étaient orientées horizontalement, aléatoirement et verticalement en modifiant simplement la tension appliquée. Deuxièmement, un hydrogel multicouche a été facilement préparé avec des orientations de nanofibres alternées, d’une manière qui rappelle les tissus biologiques. Troisièmement, « nous avons facilement préparé des architectures complexes, telles que des micro-aiguilles et des moules d’embout buccal », explique Kasuga. « L’orientation uniforme des nanofibres a aidé à supprimer la fissuration de l’hydrogel, et a ainsi abouti à une surface lisse, lors du séchage. »
La technique utilisée dans cette étude ne se limite pas aux nanofibres de cellulose. Par exemple, les chercheurs ont également utilisé de l’alginate de sodium et de la nanoargile. Ainsi, les matériaux multicomposants qui présentent des orientations contrôlées à l’échelle nanométrique sont également simples à préparer. Une application immédiate de cette étude est la fabrication simple d’hydrogels et de moulages complexes et hiérarchiques sur une large gamme d’échelles spatiales. Ces hydrogels et moulages respectueux de l’environnement seront utiles dans les soins de santé, la biotechnologie et d’autres applications, et contribueront ainsi à réduire le besoin de plastiques à base de pétrole.
Takaaki Kasuga et al, Structuration hiérarchique en un seul pot de la nanocellulose par dépôt électrophorétique, ACS Nano (2022). DOI : 10.1021/acsnano.2c06392