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Des enzymes intégrées avec succès dans les plastiques

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En général, les plastiques sont traités à plus de cent degrés Celsius. Les enzymes, en revanche, ne supportent généralement pas ces hautes températures. Des chercheurs de l'Institut Fraunhofer de recherche appliquée sur les polymères (IAP) ont réussi à concilier ces contradictions : Ils sont parvenus à intégrer des enzymes dans des matières plastiques sans que celles-ci ne perdent leur activité au cours du processus. Les possibilités qui en découlent sont énormes.

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Des matériaux qui se nettoient tout seuls, qui ont des surfaces anti-moisissures ou qui sont même autodégradables ne sont que quelques exemples de ce qui sera possible si nous parvenons à intégrer des enzymes actives dans les plastiques. Mais pour que les propriétés spécifiques des enzymes soient transférées aux matériaux, les enzymes ne doivent pas être endommagées lorsqu'elles sont intégrées dans le plastique. Les scientifiques du Fraunhofer IAP ont développé une solution à ce problème dans le cadre du projet "Biofonctionnalisation/Biologisation des matériaux polymères BioPol". Depuis l'été 2018, le projet est mené en coopération avec BTU Cottbus-Senftenberg. Le ministère des sciences, de la recherche et de la culture de l'État du Brandebourg finance le projet.

"Il était clair dès le départ que nous ne cherchions pas à produire des plastiques biofonctionnalisés à l'échelle du laboratoire. Nous voulions faire un pas de géant pour montrer que la production technique est possible", explique le Dr Ruben R. Rosencrantz, chef du département "Matériaux biofonctionnalisés et (Glyco)Biotechnologie" au Fraunhofer IAP, en résumant les objectifs ambitieux du projet. À mi-parcours du projet, des percées majeures ont déjà été réalisées : Les enzymes ont été intégrées avec succès, tant en ce qui concerne les enzymes elles-mêmes que la technique de traitement.

Cherchant un moyen de stabiliser les enzymes, les chercheurs utilisent des supports inorganiques. Ces supports agissent comme une sorte de protection pour l'enzyme. Comme l'explique Rosencrantz : "Nous utilisons des particules inorganiques, par exemple, qui sont très poreuses. Les enzymes se lient à ces supports en s'incrustant dans les pores. Bien que cela limite la mobilité des enzymes, elles restent actives et sont capables de résister à des températures beaucoup plus élevées."

M. Rosencrantz souligne toutefois qu'il n'existe pas de processus de stabilisation applicable de manière générale : "Il n'existe pas deux enzymes identiques. Le support et la technologie les mieux adaptés au processus d'inclusion restent spécifiques à chaque enzyme."

Les chercheurs ont délibérément cherché un moyen d'appliquer les enzymes stabilisées non seulement à la surface du plastique, mais de les incorporer directement dans le plastique. "Bien que beaucoup plus difficile, cette technique permet également d'éviter que des signes d'usure à la surface du matériau n'affectent la fonctionnalité des plastiques", explique Thomas Büsse, qui dirige l'usine pilote de transformation des biopolymères de l'institut à Schwarzheide.

Afin d'obtenir un résultat optimal dans le processus en aval, les enzymes stabilisées doivent se répartir le plus rapidement possible dans la matière plastique fondue chaude à laquelle elles sont ajoutées, sans être exposées à une force excessive ou à des températures élevées. Un équilibre qui a joué en faveur de Büsse : "Nous avons mis au point un procédé qui convient à la fois aux bioplastiques et aux plastiques conventionnels à base de pétrole, comme le polyéthylène. Nos recherches montrent également qu'une fois intégrés dans le plastique, les enzymes stabilisés sont capables de résister à des charges thermiques plus élevées qu'auparavant. Cela facilite considérablement l'utilisation des enzymes et toutes les étapes du processus."

Jusqu'à présent, les chercheurs du Fraunhofer IAP ont principalement évalué les protéases comme enzyme de choix. Les protéases sont capables de décomposer d'autres protéines. Cela confère au plastique fonctionnalisé par ces protéases un effet autonettoyant. Les tuyaux, par exemple, ne se refermeraient pas ou ne se boucheraient pas aussi facilement. Mais d'autres enzymes sont également testées systématiquement. Les partenaires de coopération de BTU Cottbus-Senftenberg s'intéressent de plus près aux enzymes qui dégradent les plastiques et les substances toxiques, par exemple.

Les premiers granulés, films et corps de moulage par injection en plastique fonctionnalisés ont déjà été produits. Les chercheurs ont établi que les enzymes incorporées dans ces produits restent actives. La prochaine étape consiste maintenant à tester et à optimiser davantage le processus pour une utilisation quotidienne dans diverses applications. Rosencrantz et Büsse sont optimistes - et ont également déposé une demande de brevet pour leurs recherches.