Polymères d'inspiration végétale pour la purification de l'eau
Une équipe de recherche germano-japonaise s'inspire de la nature pour créer un polymère qui élimine sélectivement les ions de métaux lourds toxiques de l'eau
L'eau potable est une exigence fondamentale pour notre santé et notre bien-être. Cependant, avec l'augmentation de la population mondiale, il devient de plus en plus difficile de répondre à cette exigence pour toutes les communautés du monde.
Illustration conceptuelle de ce travail sur le système de traitement de l'eau bio-inspiré
2024 Nakahata et al., Hyperconfined Bio-Inspired Polymers in Integrative Flow-Through Systems for Highly Selective Removal of Heavy Metal Ions. 2024 Nature Communications
Dans une étude publiée dans Nature Communications, des chercheurs de l'alliance HeKKSaGOn - à laquelle participent des scientifiques des universités de Kyoto, d'Osaka et de Heidelberg (Allemagne) - se sont inspirés d'une protéine présente dans les plantes pour créer une nouvelle méthode d'élimination des ions de métaux lourds nocifs présents dans l'eau.
Bien que les méthodes actuelles de purification de l'eau soient efficaces pour les grands volumes d'eau concernés, elles ne sont généralement pas spécifiques aux ions de métaux lourds. Cela signifie qu'elles éliminent également des ions qui ne sont pas nocifs, ce qui rend ces méthodes moins efficaces.
La phytochélatine, une protéine hautement conservée chez les plantes, ne présente pas ce problème. La phytochélatine se lie spécifiquement aux ions de métaux lourds et les déplace ensuite vers le compartiment cellulaire où ils ne peuvent pas causer de dommages.
Les chercheurs ont voulu savoir comment la phytochélatine y parvient. L'équipe a examiné les éléments de base de la phytochélatine pour déterminer comment elle identifie et se lie à certains ions, en l'occurrence le cadmium. "Nous avons identifié deux groupes, le carboxylate et le thiolate, et nous avons synthétisé un polymère contenant ces groupes", explique l'auteur principal Masaki Nakahata, de l'université d'Osaka.
En fixant le polymère à des billes de silice et à des membranes de cellulose, l'équipe a pu les concentrer dans un volume extrêmement réduit. Les chercheurs ont ensuite fait couler de l'eau contaminée à travers le polymère, qui a éliminé les ions de cadmium de l'échantillon de manière très efficace, atteignant un niveau de potabilité approuvé en une heure.
La présence de groupes carboxylate et thiolate dans la structure du polymère s'est avérée être la clé de son succès. Le fait de le confiner dans un volume ultra réduit et de créer un système à flux continu a considérablement augmenté la capacité de charge du polymère.
Le système présentait une spécificité élevée pour les ions de cadmium par rapport aux ions métalliques essentiels à la santé, tels que le magnésium et le calcium. Ce polymère présente également une affinité élevée pour les ions mercure, ce qui indique qu'il pourrait être efficace pour éliminer d'autres métaux lourds.
"Nous ne sommes pas surpris que les plantes aient acquis une machinerie aussi sophistiquée au cours de l'évolution, car la biologie ne fait pas n'importe quoi", explique Motomu Tanaka, auteur principal et scientifique à l'université de Heidelberg et à l'université de Kyoto. "Toutefois, nous avons été ravis de constater que notre polymère inspiré des plantes parvient à surpasser les capacités des protéines végétales."
La réussite de l'équipe de recherche, qui a synthétisé un polymère inspiré d'une protéine végétale pour capturer les ions de cadmium, est prometteuse car le polymère est spécifique aux ions de métaux lourds toxiques et fonctionne avec une approche à flux continu. Ces caractéristiques devraient améliorer l'efficacité du traitement de l'eau - une victoire pour l'eau propre.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Masaki Nakahata, Ai Sumiya, Yuka Ikemoto, Takashi Nakamura, Anastasia Dudin, Julius Schwieger, Akihisa Yamamoto, Shinji Sakai, Stefan Kaufmann, Motomu Tanaka; "Hyperconfined bio-inspired Polymers in Integrative Flow-Through Systems for Highly Selective Removal of Heavy Metal Ions"; Nature Communications, Volume 15, 2024-7-11
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