Fabrication de biomatériaux photoactifs à base de protéines

 

Noemie-Manuelle Dorval Courchesne

Université McGill

 

Domaine : matériaux

Programme : établissement de nouveaux chercheurs universitaires

Concours 2018-2019

Afin de lutter contre le changement climatique, les différentes formes de production d'énergie renouvelable sont, de nos jours, extensivement étudiées et adaptées à notre style de vie moderne. Par exemple, les dispositifs de captage d'énergie solaire s'améliorent continuellement en termes rendement de conversion électrique, et peuvent maintenant être assemblés sur des supports flexibles et intégrés dans des appareils électroniques portables. Cependant, la fabrication de dispositifs photovoltaïques requiert traditionnellement des métaux et composés toxiques pour former une couche active capable d'absorber la lumière. En conséquence, la production de cellules solaires et leur élimination ou recyclage provoquent la libération de composés toxiques dans l'environnement. De plus, ces dispositifs ne peuvent pas être intégrés de manière sécuritaire dans des milieux naturels ou en tant que composants d'appareils biomédicaux et de bio-interfaces sans présenter de risques pour la santé.
 
Ici, je propose de développer de nouveaux matériaux photoactifs à base de protéines comme alternatives plus écologiques et moins coûteuses aux matériaux absorbeurs de lumière traditionnels utilisés dans les dispositifs photovoltaïques. Les biopolymères à base de protéines seront conçus pour pouvoir absorber la lumière et transférer des électrons pour produire de l'électricité.  Ils seront synthétisés par des bactéries non-pathogènes E. coli, qui seront utilisées comme des usines de biopolymères propres. Entièrement composés de protéines et de cofacteurs ou pigments biologiques, ces biomatériaux photoactifs seront biodégradables, compostables et biocompatibles.
 
Le premier objectif de ce projet est de concevoir, cloner et exprimer des protéines de fusion recombinants qui peuvent s'auto-assembler et absorber la lumière.  Des nanofibres de type "curli" produites par E. coli seront utilisées comme nano-échafaudage et seront génétiquement modifiées pour présenter des domaines protéiques fonctionnels absorbant la lumière. Mes recherches précédentes ont démontré que les fibres "curli" peuvent être produites à grande échelle et qu'elles peuvent être manipulées et transformées comme des biopolymères pour former des gels, des films et des revêtements de surfaces.  Par conséquent, le deuxième objectif de ce projet est de manipuler les biopolymères, de préparer des revêtements photactifs et de caractériser leurs propriétés optiques. Enfin, le troisième objectif consistera à évaluer le potentiel d'intégration de ces matériaux protéiques photoactifs dans des dispositifs fonctionnels, et à fabriquer des dispositifs bio-photovoltaïques "preuve de concept".  Les étudiants gradués impliqués participeront à toutes les étapes du processus de fabrication et acquerront des compétences multidisciplinaires.
La réussite de ce projet représentera une étape importante vers la fabrication de dispositifs photovoltaïques dérivés de biologie, ce qui pourrait contribuer à réduire la quantité de déchets électroniques produits par notre société. De plus, au Québec, ce projet contribuera à faire progresser la recherche dans le secteur prioritaire de la nanotechnologie et dans le domaine florissant de la biotechnologie. Ce projet conduira également au développement de nouvelles méthodes de caractérisation pour les protéines et les biomatériaux photoactifs, ainsi qu'à la mise en place d'une station de caractérisation opto-électronique unique pour les biomatériaux.