Dents de chiton : le super-matériau naturel pour la technologie future

À première vue, le chiton, un mollusque souvent trouvé accroché aux rochers du littoral, semble anodin. Pourtant, sous son extérieur modeste se cache une merveille biologique : des rangées de dents exceptionnellement tranchantes et durables que les scientifiques étudient maintenant attentivement pour leur potentiel à révolutionner la science des matériaux.

Une étude récente, publiée le 7 août dans la revue Science, offre une investigation approfondie de l’extraordinaire résistance et résilience des dents de chiton. Les chercheurs ont méticuleusement analysé l’anatomie du mollusque, découvrant un processus biologique remarquablement précis et cohérent impliquant des protéines fixatrices de fer. Ce mécanisme complexe donne des structures dentaires qui, selon le co-auteur de l’article David Kisailus, scientifique des matériaux à l’Université de Californie, sont “supérieures aux matériaux utilisés dans les outils de coupe industriels, les milieux de broyage, les implants dentaires, les implants chirurgicaux et les revêtements protecteurs”. Ce qui rend cette prouesse naturelle encore plus impressionnante, c’est que, contrairement aux matériaux fabriqués par l’homme qui nécessitent souvent des températures élevées et des processus complexes, les chitons produisent ces structures ultra-dures à température ambiante avec une précision nanométrique.

La nouvelle recherche éclaire les voies biologiques fondamentales derrière cette synthèse unique de matériaux, offrant des informations précieuses qui pourraient éclairer les futures avancées dans la fabrication de matériaux avancés. Kisailus souligne les profondes leçons que l’humanité peut tirer de ces conceptions et processus biologiques élégants. En collaboration avec des partenaires de recherche au Japon, Kisailus et son équipe se sont concentrés sur des espèces de chitons plus grandes trouvées le long des côtes du nord-ouest des États-Unis et d’Hokkaido. Leur enquête a conduit à l’identification de la RTMP1, une protéine unique aux chitons, qui joue un rôle critique dans le dépôt de fer sur les dents des mollusques. Bien qu’il fût précédemment connu que ce dépôt de fer permettait aux chitons de racler efficacement les algues tenaces des rochers, les mécanismes précis et le calendrier de ces interactions protéiques restaient un mystère.

Pour démêler ce puzzle biologique, les chercheurs ont employé une combinaison de techniques de science des matériaux et de biologie moléculaire, cartographiant méticuleusement le parcours de la protéine à travers l’anatomie du chiton. Ils ont découvert que la RTMP1 voyage à travers des canaux microscopiques s’étendant de chaque dent, se liant ensuite à des composés qui dictent l’architecture précise de la magnétite, un oxyde de fer naturel. Simultanément, une autre protéine, la ferritine, qui stocke le fer dans les tissus adjacents aux dents de chiton, libère ses réserves de fer. Ce processus synchronisé culmine dans la croissance de nouvelles dents en rangées nettes de structures ultra-dures qui possèdent également la capacité remarquable de se régénérer après l’usure.

Les découvertes présentent un cas convaincant pour le biomimétisme, démontrant la capacité de la nature à concevoir des matériaux avec des propriétés dépassant de loin les capacités humaines actuelles. Une exploration plus approfondie des propriétés uniques des dents de chiton pourrait ouvrir la voie à des avancées dans la “synthèse spatialement et temporellement contrôlée d’autres matériaux”, suggère Kisailus. Cela inclut un large éventail d’applications, telles que le développement de batteries plus efficaces, de catalyseurs innovants pour piles à combustible et de semi-conducteurs avancés. En outre, les informations obtenues pourraient inspirer de nouvelles approches de fabrication additive, communément appelée impression 3D, et conduire à des méthodes de synthèse significativement plus respectueuses de l’environnement et durables. Pour une créature aussi visuellement modeste que le chiton, sa prouesse dentaire détient une clé surprenante pour l’avenir de la science des matériaux.