Lorsqu’on joue au jeu classique des « 20 Questions », on commence souvent par la question rituelle : « Animal, végétal ou minéral ? »
Pour le ver marin ancien Perinereis cultrifera (toujours présent aujourd’hui), la réponse n’est peut-être pas si simple. Comme d’autres vers à soies prédateurs, Perinereis cultrifera possède des mâchoires composées de protéines structurelles et d’ions, utilisées pour manger, broyer ou mordre. La composition et les propriétés uniques de ces mâchoires ont conduit certains chercheurs à inventer un nouveau terme pour décrire ce type de matériaux : les bio-métaux, un domaine émergent des études biophysiques.
Le terme « bio-métal » va au-delà d’identifiants tels que « biomatériaux métalliques » ou « biomatériaux aux propriétés métalliques », utilisés dans la littérature scientifique pour décrire des biomatériaux ayant des valeurs de conductivité ou de résistance similaires aux métaux. Au lieu de cela, les bio-métaux peuvent être catégorisés selon trois qualités : la dureté, la mécanique des déformations et la structure ion-protéine.
Dans Biophysics Reviews, publié par AIP Publishing, des chercheurs de TU Wien (Université de technologie de Vienne) et de l’Université de Vienne ont examiné les qualités métalliques du ver marin pour affiner la nouvelle classification.
Les chercheurs ont commencé par étudier la dureté par nanoindentation — une technique consistant à créer des indentations microscopiques dans un matériau — accompagnée d’analyses chimiques et d’imagerie. Confirmant des études antérieures, ils ont montré que la concentration d’ions métalliques est plus élevée aux extrémités de la mâchoire qu’au centre, ce qui explique probablement la dureté accrue des pointes.
Ensuite, ils ont sondé la mâchoire à différentes profondeurs d’indentation et, de manière surprenante, ont découvert un phénomène observé dans des métaux comme le cuivre ou l’argent, appelé l’effet de taille de nanoindentation Nix-Gao : les plus petites régions de la mâchoire du ver étaient plus difficiles à déformer en raison du changement spatial plus important des niveaux de déformation. Cela provoque un emboîtement accru des fractures dans la structure atomique et constitue une marque de l’effet de taille.
Malgré ces similitudes, les bio-métaux restent uniques par leurs propriétés mécaniques.
« Les mâchoires des vers à soies présentent également une élasticité dépendant de la taille — c’est une caractéristique distinctive des bio-métaux par rapport aux métaux cristallins standard comme le cuivre ou l’argent », a déclaré l’auteur Christian Hellmich.
Enfin, les chercheurs ont expliqué théoriquement ces effets de taille élastique par une modélisation mathématique de ce qui se passe au niveau atomique. Hellmich a déclaré qu’ils ne font qu’effleurer la surface de cette recherche — jeu de mots intentionnel.
« Nous prévoyons d’étendre la base de données expérimentale en étudiant d’autres espèces pour affiner le concept théorique et effectuer des calculs dédiés, et — peut-être le plus intéressant — explorer le lien entre les interventions génétiques et l’espace de conception de matériaux correspondant », a-t-il expliqué. « Tout cela s’accompagne d’un véritable enthousiasme pour la beauté, l’élégance et la sophistication trouvées et produites par la nature. »
Article : Bio-metals’: Ancient biological materials with nanoindentation size effects: Experiments and elements of manifold micromechanics – Journal : Biophysics Reviews – DOI : Lien vers l’étude
Source : AIP
