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Des nanomembranes qui imitent les membranes cellulaires de la nature

Des scientifiques financés par l'UE ont mis au point de nouvelles nanomembranes ultra-minces dotées de canaux hautement organisés imitant la structure des membranes cellulaires. Les applications couvrent aussi bien la technologie des piles à combustible (PC) que les diagnostics médicaux et le traitement de l'information.

Technologies industrielles

Les cellules biologiques séparent l'environnement intracellulaire de l'environnement extracellulaire, notamment les espèces chargées (telles que les ions ou les protons d'hydrogène) présents dans chacun d'entre eux. Ils utilisent ensuite le gradient électrochimique pour générer des flux lorsque certains canaux de la membrane sont ouverts. Ces flux d'ions spécifiques dans les cellules jouent un rôle important dans la signalisation cellulaire. Les procédés de séparation sont également essentiels pour répondre à de nombreux défis industriels et environnementaux. Des scientifiques ont lancé le projet MULTIPLAT («Biomimetic ultrathin structures as a multipurpose platform for nanotechnology-based products») qui était financé par l'UE, pour exploiter les capacités de la nature dans ce domaine. Une des principales applications sont les PC. Les PC à membrane échangeuse de protons sont également appelés piles à membrane électrolytique polymère. Elles produisent de l'électricité grâce à la séparation et au flux des espèces chargées (électrons et protons) provenant généralement du carburant hydrogène. Les protons du carburant hydrogène passent d'une électrode à l'autre à travers une membrane électrolyte, tandis que les électrons passent à travers un circuit externe générant de l'électricité. De nombreux facteurs limitent l'efficacité des piles à combustible à membrane échangeuse de protons, notamment le manque d'organisation des membranes à l'échelle nanométrique qui entraîne une sélectivité inférieure et une résistance accrue aux flux. Le projet MULTIPLAT a mis au point des plateformes de nanomembranes pour de nouveaux canaux biomimétiques conducteurs d'ions fonctionnant artificiellement ainsi qu'une technologie de fabrication novatrice. Les scientifiques ont obtenu un brevet pour cette technologie de fabrication simple et efficace. Les nanocanaux organisés présentant les meilleures performances étaient constitués de nanotubes de dioxyde de titane (TiO2) isolés électriquement. Cela a permis la formation de structures extrêmement organisées dans les nanomembranes, dotées d'une meilleure conductivité (réduction de la résistance) par rapport à l'état actuel de la technique. Plusieurs prototypes de dispositifs ont été produits. Ils présentaient des paramètres supérieurs par rapport aux dispositifs conventionnels de mêmes catégories. Le projet MULTIPLAT a créé une plateforme de nanomembranes multifonctionnelles avec des canaux ioniques biomimétiques fonctionnant artificiellement et présentant une conductivité et une spécificité élevées. Cette technologie est pertinente pour les piles à combustible et un certain nombre de dispositifs microfluidiques numériques tels que ceux utilisés pour les diagnostics médicaux et le traitement de l'information. La commercialisation devrait par conséquent avoir d'importantes répercussions sur la compétitivité de l'économie européenne.

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