Inspirés par les ailes tueuses de bactéries d’insectes comme les cigales, les scientifiques ont développé une texture antibactérienne naturelle à utiliser sur les emballages alimentaires pour améliorer la durée de conservation et réduire les déchets. La nanotexture fabriquée en laboratoire par une équipe de scientifiques australo-japonaise tue jusqu’à 70 % des bactéries et conserve son efficacité lorsqu’elle est transférée sur du plastique.
Plus de 30 % des aliments produits pour la consommation humaine deviennent des déchets, des cargaisons entières étant rejetées si une croissance bactérienne est détectée. La recherche prépare le terrain pour réduire considérablement les déchets, en particulier dans les exportations de viande et de produits laitiers, ainsi que pour prolonger la durée de conservation et améliorer la qualité, la sécurité et l’intégrité des aliments emballés à l’échelle industrielle.
La professeure émérite Elena Ivanova de l’Université RMIT a déclaré que l’équipe de recherche avait appliqué avec succès un phénomène naturel à un matériau synthétique, le plastique. « L’élimination de la contamination bactérienne est une étape importante dans la prolongation de la durée de conservation des aliments », a-t-elle déclaré.
« Nous savions que les ailes des cigales et des libellules étaient des tueurs de bactéries très efficaces et pouvaient aider à inspirer une solution, mais reproduire la nature est toujours un défi. Nous avons maintenant créé une nanotexturation qui imite l’effet destructeur de bactéries des ailes d’insectes et conserve son antibactérien puissance lorsqu’il est imprimé sur du plastique. C’est un grand pas vers une solution d’emballage naturelle, non chimique et antibactérienne pour l’industrie alimentaire et manufacturière.
La recherche, publiée dans Nano matériaux appliqués par ACS, est une collaboration entre le RMIT, l’Université métropolitaine de Tokyo et l’Institut KAITEKI de Mitsubishi Chemical. En 2015, l’Australie a exporté pour 3,1 milliards de dollars américains d’exportations alimentaires et agricoles vers le Japon, ce qui en fait le 5e plus grand exportateur de ces produits vers le pays.
Comment ça fonctionne
Les ailes de libellule et de cigale sont recouvertes d’une vaste gamme de nanopiliers – des pointes émoussées de taille similaire à celle des cellules bactériennes. Lorsque les bactéries se déposent sur une aile, le motif des nanopiliers sépare les cellules, rompant leurs membranes et les tuant. « C’est comme étirer un gant en latex », a déclaré Ivanova. « Au fur et à mesure qu’il s’étire lentement, le point le plus faible du latex s’amincit et finit par se déchirer. »
L’équipe d’Ivanova a développé sa nanotexture en reproduisant les nanopiliers d’insectes et en développant ses propres nanomodèles. Pour évaluer la capacité antibactérienne du motif, les cellules bactériennes ont été surveillées dans l’installation de microscopie et de microanalyse de classe mondiale du RMIT. Les meilleurs motifs antibactériens ont été partagés avec l’équipe japonaise, qui a développé un moyen de reproduire les motifs sur du polymère plastique.
De retour en Australie, l’équipe d’Ivanova a testé les nanomodèles en plastique et a trouvé celui qui reproduisait le mieux les ailes d’insectes, mais qui était également le plus facile à fabriquer et à mettre à l’échelle. Ivanova a déclaré que traiter le plastique était plus difficile que d’autres matériaux comme le silicium et les métaux, en raison de sa flexibilité. « La nanotexturation créée dans cette étude tient le coup lorsqu’elle est utilisée dans du plastique rigide. Notre prochain défi est de l’adapter pour une utilisation sur des plastiques plus souples », a-t-elle déclaré.
Depuis qu’Ivanova et ses collègues ont découvert la nature bactéricide des ailes d’insectes il y a dix ans, ils ont travaillé à la conception du nanomodèle optimal pour exploiter les pouvoirs de destruction des bactéries des insectes et l’utiliser sur une gamme de matériaux. Jusqu’à récemment, il était difficile de trouver une technologie adaptée pour reproduire cette nanotexturation à une échelle adaptée à la fabrication.
Mais maintenant, la technologie existe pour développer et appliquer des propriétés antibactériennes aux emballages, parmi une gamme d’autres applications potentielles, comme les équipements de protection individuelle.
Leur nouvelle recherche s’appuie sur une étude de 2020 sur l’utilisation de nanomatériaux inspirés des insectes pour lutter contre les superbactéries. L’équipe tient à collaborer avec des partenaires potentiels dans la prochaine étape de la recherche, à savoir la mise à l’échelle de la technologie et la détermination des meilleurs moyens de fabriquer en masse l’emballage antibactérien.
Denver P. Linklater et al, Nanopillar Polymer Films as Antibacterial Packaging Materials, Nanomatériaux appliqués par ACS (2022). DOI : 10.1021/acsanm.1c04251