À première vue, le laboratoire de Nam-Joon Cho à l’Université technologique de Nanyang de Singapour ressemble à votre installation de recherche typique – des scientifiques qui taillaient, des établissements bondés, un bourdonnement de machines en arrière-plan. Mais les taches jaune orange sur les blouses de laboratoire suspendues sur les crochets font allusion à un sujet moins habituel à l’étude.
La coloration poudrée est du pollen: les grains microscopiques contenant des cellules reproductrices mâles que les arbres, les mauvaises herbes et les herbes se libèrent de façon saisonnière. Mais Cho n’étudie pas les effets désagréables comme le rhume des foins, ni ce que le pollen signifie pour les plantes qui le font. Au lieu de cela, le scientifique des matériaux a passé une décennie sur les techniques de pionnier et de raffinage pour remodeler la coquille extérieure rigide du pollen – en polymère si dur qu’elle est parfois appelée « le diamant du monde végétal » – transformant les grains en une consistance semblable à une confiture.
Ce microgel, selon Cho, pourrait être un élément de construction polyvalent pour de nombreux matériaux respectueux de l’environnement, y compris du papier, du film et des éponges.
Beaucoup de gens pensent au pollen, alors qu’il ne fertilise pas les plantes ou ne nourrit pas les insectes, comme de la poussière inutile, mais il a des applications précieuses si vous savez comment travailler avec, Dit Cho, qui a co-auteur un aperçu des applications potentielles du pollen en 2024 Revue annuelle de l’ingénierie chimique et biomoléculaire. Il n’est pas le seul scientifique à le penser. Noemi Csaba, chercheur en nanotechnologie et en livraison de médicaments à l’Université de Santiago de Compostela en Espagne, veut développer des obus de pollen creusés en véhicules protecteurs pour délivrer des médicaments aux yeux, aux poumons et à l’estomac.
Les chercheurs qui étudient l’utilité du pollen pour les gens sont une race rare, explique Csaba. « Je trouve cela un peu surprenant », dit-elle. « Le pollen est un biomatériau très, très intéressant. »
Adoucir la coquille
Pour commencer à travailler avec le pollen, les scientifiques peuvent éliminer le revêtement collant autour des grains dans un processus appelé déferler. Le déshabiller ces lipides et les protéines allergènes est la première étape pour créer les capsules vides pour l’administration de médicaments que CSABA recherche. Au-delà de cela, cependant, la coquille apparemment impénétrable du pollen – composée de la sporopollénine biopolymère – avait longtemps perplexe des chercheurs et a limité son utilisation.
Une percée est survenue en 2020, lorsque Cho et son équipe ont signalé que l’incubation du pollen dans une solution alcaline d’hydroxyde de potassium à 80 degrés Celsius (176 degrés Fahrenheit) pourrait modifier considérablement la chimie de surface des grains de pollen, ce qui leur permettrait d’absorber et de conserver facilement l’eau.
Le pollen qui en résulte est aussi flexible que Play-Doh, explique Shahrudin Ibrahim, chercheur dans le laboratoire de Cho qui a aidé à développer la technique. Avant le traitement, les grains de pollen ressemblent davantage à des billes: durs, inertes et largement peu réactives. Après, les particules sont si douces qu’elles restent facilement ensemble, permettant à des structures plus complexes de se former. Cela ouvre de nombreuses applications, dit Ibrahim, en tenant fièrement un flacon de la neige fondante jaune dans le laboratoire.
Lorsqu’il est coulé sur un moule plat et séché, le microgel s’assemble en papier ou film, selon l’épaisseur finale, forte mais flexible. Il est également sensible aux stimuli externes, y compris les changements de pH et d’humidité. L’exposition à la solution alcaline fait que les polymères constitutifs du pollen deviennent plus hydrophiles ou qui aiment l’eau, donc selon les conditions, le gel gonflera ou rétrécira en raison de l’absorption ou de l’expulsion de l’eau, explique Ibrahim.
Cette combinaison gagnante de propriétés, selon les chercheurs singapouriens, font du film basé sur le pollen une perspective pour de nombreuses applications futures: des actionneurs intelligents qui permettent aux appareils de détecter et de réagir aux changements dans leur environnement, les trackers de santé portables pour surveiller les signaux cardiaques, et plus encore. Et parce que le pollen est naturellement protégé par les UV, il est possible qu’il puisse substituer à certains substrats photoniquement actifs dans les cellules solaires de pérovskite et d’autres dispositifs optoélectroniques.
Le laboratoire de Cho a également démontré que le papier fabriqué à partir de pollen peut être imprimé. Il peut s’agir d’une alternative durable au papier traditionnel pour l’écriture, l’impression et l’emballage, selon Cho, qui a breveté le processus de production du microgel. La production de papier traditionnel détruit les arbres et est à forte intensité de ressources, nécessitant jusqu’à 13 litres d’eau pour chaque page fabriquée. Le pollen est naturellement libéré en vrac à partir de plantes productrices de graines, et en dérivant du papier ne nécessite que quelques étapes simples. L’encre peut être retirée avec un simple lavage de solution alcaline – un processus qui permet de réutiliser le papier.
De plus, le microgel de pollen lyophilisé forme des éponges poreuses. Ceux-ci pourraient être transformés en des échafaudages pour l’ingénierie tissulaire, ou utilisés pour endiguer les saignements ou pour absorber les déversements d’huile.
L’équipe de Cho travaille généralement avec le tournesol et le pollen de camélia qu’ils achètent à peu de frais comme un mélange de pollen d’abeilles, principalement en provenance de Chine. Mais ils disent que leur méthode d’hydrolyse alcaline fonctionnerait bien avec une large bande d’espèces végétales. Le pollen est abondant, ajoute Cho – un seul fleuron du tournesol commun, par exemple, produit 25 000 à 67 000 grains chaque été. De plus, il est facile de collecter des abeilles dans les ruches commerciales.
Les produits à base de pollen ont du chemin à parcourir avant d’atteindre le marché, ajoute Ibrahim; La clé en ce moment est de prédire les défis et de concevoir des solutions durables. Avec d’autres biomatériaux, les chercheurs travaillent, comme le chitosane et la cellulose, un crustacé ou un arbre doit être détruit. Par rapport à cela, le pollen est considérablement moins à forte intensité de ressources: « Nous ne détruisons pas la plante », dit-il. « Nous ne détruisons même pas les fleurs. »
Cet article est apparu à l’origine dans Magazine Knowableune publication à but non lucratif dédiée à rendre les connaissances scientifiques accessibles à tous. Inscrivez-vous à la newsletter du magazine Knowable.
