Des chercheurs du BIAM se sont inspirés des processus naturels des bactéries magnétotactiques pour synthétiser des nanoparticules de magnétite. Cette approche biomimétique prometteuse ouvre plusieurs voies d’applications allant de la purification de l’eau à des avancées biomédicales durables et écoresponsables.
Les bactéries magnétotactiques, naturellement expertes de la biominéralisation, sont capables de produire des magnétosomes (ou nanoparticules de magnétite), en utilisant un précurseur de minéraux stabilisé par la présence de certaines protéines. Ce précurseur est une substance initiale non ou mal structurée, qui se forme dans le milieu liquide de la bactérie. Son rôle central réside dans le déclenchement du processus de précipitation, qui est responsable de la formation des minéraux. Il est maintenu dans un état transitoire par les protéines stabilisatrices, permettant le contrôle précis de la taille et de la morphologie des particules finales de magnétite.
Les approches préliminaires
Observé par les scientifiques, ce processus naturel a pu être reproduit dans les laboratoires du BIAM via une approche biomimétique. Pour cela les chercheurs ont utilisé la poly-L-arginine, un analogue des macromolécules (protéine) stabilisatrices, , pour confirmer quela modification du mécanisme de formation de la magnétite résulte uniquement de la nature des charges positives du polymère (polycation). En effet, cette nature cationique peut influencer divers aspects de son comportement chimique et influencer ses interactions avec d’autres substances, notamment dans la formation de matériaux tels que la magnétite. Cependant ce polymère est coûteux et difficile à synthétiser.
Vers des approches biomimétiques durables
Afin d’accroître la durabilité et la rentabilité de ce processus biomimétique, cette étude a exploré l’utilisation de différents polycations provenant de déchets alimentaires ou industriels (voir photos). Les résultats de ces recherches permettent d’aboutir aujourd’hui au contrôle précis de la taille (de 10 nm à 159 nm), de la morphologie (compacte et sous-structurée) et des propriétés magnétiques de magnétosomes à température et pression ambiantes grâce à la modulation de la concentration et le type de polycation introduit dans le processus expérimental.
Une variété de tailles pour diversifier les applications…
« En envisageant la conception rationnelle de la taille des nanoparticules, nous pouvons anticiper un ajustement précis de leurs propriétés pour des applications très variées qui pourraient concerner le secteur de la purification de l’eau, de la production de matériaux d’encre ou celui du stockage de données magnétiques en passant par des applications biomédicales comme les agents de contraste dans l’IRM et la thérapie par hyperthermie pour le traitement de cancers », souligne Damien Faivre, chercheur au BIAM est auteur principal de la découverte.
Auteurs : Lucas Kuhrts, Sylvain Prévost, Ernesto Scoppola, Ann-Marie Hirt, Damien Faivre
Plus d’information… Biomimetic Approach for Sustainable Magnetite Nanoparticle Synthesis Using Polycations doi.org/10.1038/s41477-023-01612-9
Vers la Fabrique de savoirs du CEA – Une synthèse écoresponsable de nanoparticules de magnétite