FR3135353A1 - Générateur de tension à base de matériau comprenant des protéines glycosylées et des fibres d’amyloïdes - Google Patents
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Abstract
GÉNÉRATEUR DE TENSION À BASE DE MATERIAU COMPRENANT DES PROTÉINES GLYCOSYLÉES ET DES FIBRES D’AMYLOÏDES L’invention concerne un procédé d’activation électrochimique d’un matériau comprenant des fibres amyloïdes conductrices d’ions hydronium et des protéines glycosylées, le procédé comprenant au moins une étape consistant à mettre en contact au moins une partie dudit matériau à une vapeur d’eau, électrolyser au moins une partie de la vapeur d’eau en contact avec ledit matériau, et obtenir un matériau activé. Sont également concernés, un matériau activé ainsi obtenu et son utilisation pour générer une énergie électrique. Figure pour l’abrégé : <pas de figure> COMMISSARIAT A L’ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES UNIVERSITE GRENOBLE ALPES CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE IFREMER – INSTITUT FRANÇAIS DE RECHERCHE POUR L’EXPLOITATION DE LA MER
Description
La présente invention concerne un générateur de tension. Plus précisément, il est décrit un matériau, activé par procédé électrochimique, comprenant des protéines glycosylées et des fibres amyloïdes, et permettant de produire de l’énergie électrique à partir de l’humidité ambiante ou de toute atmosphère contenant de la vapeur d’eau. Il est également décrit l’utilisation d’un tel matériau pour produire de l’énergie électrique et son procédé de préparation.
La demande énergétique, notamment d’énergie électrique, est de plus en plus importante, et il devient nécessaire de disposer de sources d’énergies renouvelables afin de réduire les impacts négatifs sur l’environnement liés à la consommation d’énergie fossile. L’eau, recouvrant 71 % de la surface de la Terre, représente le plus grand réservoir d’énergie au monde. L’eau capte environ 35 % de l’énergie solaire reçue par la Terre, ce qui correspond à 60 pétawatts (1015W) (Stephens et al.,Nature Geosci5, 691-696 (2012)).
De nombreux efforts ont été faits dans le but de récupérer de l’énergie à partir de l’eau sous différentes formes : les rivières et les océans, les marées ou bien encore les gouttes de pluie. La récupération d’énergie à partir de l’eau, l’hydroélectricité, se fait principalement avec la construction de barrages hydrauliques ou bien des usines marémotrices. Ces usines utilisent principalement des générateurs électromagnétiques qui sont lourds, volumineux et sont dépendants de l’apport en eau disponible.
Très récemment, l’hydrovoltaïque a été proposé comme moyen alternatif de produire de l’énergie électrique à partir de l’eau (Zhang et al.,Nature Nanotech13, 1109-1119 (2018)). Contrairement aux technologies actuelles qui récupèrent l’énergie cinétique (dans le cas des cours d’eau et rivières) ou potentielle (dans le cas des bassins et des lacs) de l’eau, la technologie hydrovoltaïque permet de générer directement de l’énergie à partir de l’interaction directe entre l’eau et le matériau. Cependant, l’hydrovoltaïque développé jusqu’ici utilise principalement des matériaux inorganiques. Les matériaux actuellement utilisés sont réalisés à partir de nanofils de silicium, d’hydroxyde de Ni/Al ou bien encore à partir du carbone (graphène ou nanotubes de carbones) (Yang et al. (2018)J. Am. Chem. Soc.140, 13746–13752; Tang et al., (2016),Angew. Chem. Int. Ed.55, 14412-14416; Yin et al., (2014),Nat. Commun.5, 3582 ; Xu et al.,Nature578, 392–396 (2020)).
L’eau se trouvant sous forme de vapeur dans l’atmosphère ambiante pourrait aussi être utilisée pour récupérer de l’énergie.
Il a été rapporté une production d’énergie électrique à partir de l’humidité ambiante avec des matériaux biologiques (Liu et al.,Nature578, 550–554 (2020) ; WO 2020/069523).
Cependant, ce dispositif, composé de bionanofils issus deGeobacter sulfurreducens, doit être exposé à un gradient de vapeur d’eau pour produire de l’énergie. Ces filaments ne résultent pas d’un autoassemblage spontané, mais requièrent la machinerie interne de la bactérie pour leur formation. De plus, les bionanofils utilisés sont issus d’une protéine recombinante nécessitant l’utilisation d’Escherichia colicomme support pour leur production ; c’est un verrou important pour une production en masse et une industrialisation à grande échelle du procédé.
Les poissons de la famille desMyxinidaesont des animaux aquatiques anguilliformes dépourvus de colonne vertébrale et de vraie mâchoire. Ces animaux produisent un mucus, ou hydrogel, brutalement expansif, qui bouche les branchies de tout prédateur tentant de les manger, lesquels, en réaction, vont immédiatement les recracher. Ce mucus est formé à partir de fibres sèches de mucines, protéines glycosylées, qui s'hydratent instantanément en un mucus et de fils fibreux riches en filaments intermédiaires (IF). Les éléments filandreux sont épais de seulement 12 nanomètres et mesurent jusqu'à 15 centimètres de long. Sous l’action d’un stress mécanique, par exemple un étirement, les protéines des fibres de filaments intermédiaires peuvent subir une transition d’hélices α en feuillets β et conduisant à la formation de fibres amyloïdes (Böniet al.,Sci Rep. 2016 ;6 :30371 ; Fuet al.,Biomacromolecules. 2015 ;16(8) :2327-2339 ; Fudgeet al.,Biophys J. 2003 ;85(3) :2015-2027).
Les propriétés particulières de l’hydrogel desMyxinidaeintéressent de nombreuses entreprises qui souhaitent en tirer parti.
Par exemple, la société Benthic Labs développe un polymère biodégradable fabriqué à partir de composants du mucus qui pourrait être utilisé dans la fabrication de tissus pour des vêtements de protection, des emballages alimentaires, des cordons élastiques, des bandages ou des airbags.
Il existe un besoin de disposer d’un matériau permettant de générer de l’énergie électrique à partir d’une atmosphère environnante humide qui soit d’un faible coût et qui puisse être aisément obtenu, notamment à l’échelle industrielle.
Il existe également un besoin de disposer d’un tel matériau qui soit biodégradable et renouvelable.
Il existe également un besoin de disposer d’un tel matériau permettant de produire une quantité d’énergie électrique modulable en fonction du taux d’humidité relative dans l’atmosphère environnante.
Il existe également un besoin de disposer d’un tel matériau permettant de réaliser différentes configurations électriques.
Il existe également un besoin de disposer d’un matériau capable d’alimenter en énergie électrique différents appareils électriques ou électroniques en générant une énergie électrique à partir d’une atmosphère environnante humide.
La présente invention a pour objet de satisfaire à tout ou partie de ces besoins.
Selon un de ses objets, la présente invention concerne un procédé de préparation d’un matériau activé par activation électrochimique, ledit matériau comprenant des fibres amyloïdes conductrices d’ions hydronium et des protéines glycosylées, ledit procédé comprenant au moins les étapes consistant à :
(a) mettre en contact au moins une partie dudit matériau à une vapeur d’eau,
(b) électrolyser au moins une partie de la vapeur d’eau en contact avec ledit matériau, et
(c) obtenir un matériau activé.
Au sens de l’invention, le terme « activation électrochimique » vise à qualifier un procédé comprenant une étape dans laquelle un matériau est exposé à un courant électrique en vue de modifier la structure chimique de ce matériau, le matériau convenant à un tel procédé, et permettant de conférer à ce matériau la propriété de générer une énergie électrique à partir de la vapeur d’eau de l’atmosphère environnante. Un matériau issu d’un procédé d’activation électrochimique décrit ici est qualifié dans la présente description de « matériau activé ».
Au sens de l’invention, l’expression « matériau activé » vise à désigner un matériau résultant d’un procédé d’activation électrochimique par lequel la structure du matériau est modifiée pour conférer à celui-ci des propriétés de générateur de tension. Un matériau activé est un matériau capable de produire une énergie électrique lorsqu’il est mis en contact avec de la vapeur d’eau d’une atmosphère environnante humide, par conduction d’ions hydronium.
L’activation électrochimique d’un matériau décrit ici peut, par exemple, être suivie par chronoampérométrie. Cette méthode permet de mesurer la quantité de charges électriques circulant dans le matériau pendant son activation électrochimique. L’activation peut être vérifiée par la génération d’une différence de potentiel électrique en circuit ouvert lorsque le matériau est exposé à une atmosphère humide.
Au sens de l’invention, les expressions « atmosphère humide » ou « atmosphère environnante humide » visent à désigner une atmosphère comprenant des molécules d’eau à l’état de vapeur. La teneur en vapeur d’eau d’une atmosphère humide convenant à l’invention peut varier d’environ 30% à environ 100%, ou d’environ 35% à environ 99%, ou d’environ 40% à environ 95%, ou d’environ 45% à environ 90%, ou d’environ 50% à environ 85%. Une atmosphère environnante humide est une atmosphère en contact avec un matériau tel que décrit ici.
Par « générer une énergie électrique à partir d’une atmosphère environnante humide » on entend, au sens de l’invention, désigner la capacité d’un matériau activé, tel que décrit ici, de réagir avec au moins une partie de la vapeur d’eau, ou humidité, contenue dans l’atmosphère environnante, i.e. en contact avec, et générer une énergie électrique. La teneur en vapeur d’eau d’une telle atmosphère est suffisante pour permettre la génération d’ions hydronium. Les ions hydronium peuvent circuler dans la structure du matériau activé. Une teneur en vapeur d’eau suffisante peut varier d’environ 30% à environ 100%.
Par « énergie électrique » on entend désigner l’énergie potentielle d’une charge électrique dans un champ électrique ou un courant électrique dans un champ magnétique. L’énergie électrique générée lors d’une utilisation, selon l’invention, d’un matériau activé est une différence de potentiel électrique qui se crée entre deux extrémités du matériau. Cette différence de potentiel électrique peut être utilisée pour générer un courant électrique.
Selon un autre de ses objets, la présente invention concerne un matériau activé comprenant des fibres amyloïdes conductrices d’ions hydronium et des protéines glycosylées et étant activé par un procédé d’activation électrochimique.
Selon un autre de ses objets, la présente invention concerne un matériau activé obtenu par un procédé décrit ici, ledit matériau comprenant des fibres amyloïdes conductrices d’ions hydronium et des protéines glycosylées.
De manière inattendue, comme détaillé dans les Exemples ci-après, les inventeurs ont observé qu’il était possible de conférer à un matériau comprenant des fibres amyloïdes conductrices d’ions hydronium et des protéines glycosylées, par exemple sous forme, respectivement, de filaments intermédiaires et de mucines, par exemple préparé par déshydratation d’un hydrogel ou mucus de myxine, des propriétés le rendant apte à générer un courant électrique à partir de l’humidité, ou vapeur d’eau, ambiante. Avantageusement, un tel matériau est 100 % biologique et est renouvelable. Il permet d’obtenir une différence de potentiel électrique à partir de l’atmosphère humide environnante et ainsi produire une énergie verte et à bas coût en fonction de l’humidité ambiante.
Avantageusement, en comparaison avec les matériaux inorganiques, un matériau activé est biodégradable, non toxique, et biocompatible.
Selon un autre de ses avantages, un matériau activé décrit ici permet d’obtenir une différence de potentiel électrique à humidité ambiante et à très haute humidité (par exemple de 40 à 85 %) permettant ainsi d’ajuster la tension obtenue et de la moduler jusqu’à une valeur cible.
Selon un autre de ses avantages, un matériau activé décrit ici peut présenter une grande résistance interne (~ 50 kΩ). Dans un dispositif de génération d’énergie électrique comprenant un matériau activé décrit ici, la résistance peut être modulable à façon en faisant varier la quantité de matériau, par exemple sous forme de films qui peuvent être mis en série ou en parallèle
Selon un autre de ses avantages, un matériau activé décrit ici peut présenter une grande stabilité.
Selon un autre de ses avantages, un matériau activé décrit ici possède naturellement des propriétés d’adhésion qui peuvent être mises à profit pour préparer simplement et à faibles coûts des dispositifs de production d’énergie électrique. Par exemple, un matériau configuré en film peut être découpé en morceaux , les morceaux étant ensuite humidifiés et collés sur et entre des électrodes.
Un matériau activé et séché peut être utilisé dans divers procédés de production textile pour préparer des fibres textiles et des tissus. Les fibres et tissus ainsi obtenus peuvent être mis en œuvre dans des dispositifs générateurs d’électricité à partir de l’humidité environnante. Par exemple, un matériau activé décrit ici peut être séché et cardé, et les fibres obtenues peuvent ensuite être filées. Les fils de fibres de matériau activé ainsi obtenus peuvent avantageusement être tissés par toutes techniques de mise en forme du textile pour fabriquer des tissus en tissé ou non-tissé. L’association des fibres ou fils d’un matériau activé avec des fibres ou fils d’un deuxième matériau électro-conducteur, par exemples des fibres de carbone, peut permettre la fabrication par des techniques de tissage de dispositifs générateur d’électricité à partir de la vapeur d’eau sur de grandes surfaces.
Dans un procédé d’activation électrochimique décrit ici, l’étape (b) d’électrolyse de la vapeur d’eau en contact avec un matériau à activer peut être réalisée en exposant le matériau à une différence de potentiel électrique.
Une différence de potentiel électrique peut être obtenue au moyen de deux électrodes électriquement connectées au matériau.
Une différence de potentiel électrique convenant à l’invention est une différence de potentiel électrique apte à induire une électrolyse d’au moins une partie de la vapeur d’eau.
La différence de potentiel électrique peut être fixe ou variable.
Au sens de l’invention, le terme « fixe » qualifie une différence de potentiel électrique qui demeure sensiblement constante pendant la période de temps nécessaire à l’activation électrochimique d’un matériau tel que décrit ici.
Au sens de l’invention, le terme « variable » qualifie une différence de potentiel électrique qui évolue au cours de la période de temps nécessaire à l’activation électrochimique d’un matériau tel que décrit ici et qui conserve pendant une période de temps suffisante une valeur permettant l’électrolyse de l’eau.
Une différence de potentiel électrique peut être d’au moins 1,23 V.
À l’étape (b), une différence de potentiel électrique est appliquée pendant une période de temps d’une durée suffisante pour obtenir la génération d’un courant électrique dans le matériau. La génération d’un tel courant électrique peut être mesurable par chronoampérométrie à 0 VvsEoc(potentiel électrique en circuit ouvert).
La vapeur d’eau utilisée dans un procédé décrit ici peut provenir d’une atmosphère humide environnant le matériau.
Une atmosphère environnante humide convenant à un procédé d’activation électrochimique décrit ici peut comprendre une humidité relative variant d’au moins 60% à 100%, et notamment peut varier d’environ 65% à environ 85%.
L’atmosphère environnante peut être une atmosphère humide et neutre.
La vapeur d’eau utilisée dans un procédé décrit ici peut provenir d’une atmosphère humide et neutre.
Au sens de l’invention, l’expression « atmosphère neutre » vise à désigner une atmosphère neutre chimiquement c’est-à-dire ne réagissant pas avec les éléments en contact avec elle, tels que le matériau à activer ou les électrodes. Une atmosphère neutre est une atmosphère dénuée d’oxygène.
Une atmosphère neutre peut être une atmosphère d’azote ou d’argon, et par exemple est une atmosphère d’azote.
Dans un matériau de l’invention, les fibres amyloïdes conductrices d’ions hydronium peuvent être obtenus à partir de filaments intermédiaires. Les filaments intermédiaires sont aptes à se conformer en fibres amyloïdes après exposition à un stress mécanique, tel qu’un étirement. Ainsi, les fibres amyloïdes conductrices d’ions hydronium peuvent être obtenus à partir de filaments intermédiaires étirés.
Les filaments intermédiaires peuvent être composés de protéines choisies parmi l’α-kératine, la lamine, la vimentine, la desmine, la périphérine, la syncoiline, l’α-internexin, le neurofilament, la synemine, les kératines de fils (« threads keratins ») α, β et γ, les variants de ces protéines, et leurs mélanges.
Un variant de protéine, ou isoforme protéique, est un membre d’un ensemble de protéines très similaires qui proviennent d’un seul gène ou d’une seule famille de gènes et sont le résultat de différences génétiques. Les variants d’une famille de protéine ont en général des fonctions biologiques similaires.
Les filaments intermédiaires peuvent être associés, ou organisés, en fibres ou en fils.
Les protéines glycosylées peuvent être des mucines, notamment des mucines aptes à former un mucus en présence d’eau.
Selon un mode de réalisation, un matériau comprenant des fibres amyloïdes conductrices d’ions hydronium et des protéines glycosylées peut être obtenu à partir d’un hydrogel produit par un poisson choisi parmi les poissons de la famille desMyxinidae, et notamment des sous-famillesMyxininaeetEptatretinae.
Selon un mode de réalisation, un matériau convenant à l’invention peut être obtenu à partir d’un hydrogel produit par un poisson choisi parmi les poissons du genreMyxineouEptatretus.
Selon un mode de réalisation, un matériau convenant à l’invention peut être obtenu à partir d’un hydrogel produit par uneMyxine glutinosa.
Les filaments intermédiaires d’un hydrogel produit par un poisson de la famille desMyxinidaepeuvent être soumis à une étape d’étirement pour transformer au moins une partie des hélices α des protéines de filaments intermédiaires en feuillets β et conférer aux filaments intermédiaires, au moins partiellement, une structure et des propriétés de fibres amyloïdes. Ces fibres amyloïdes sont notamment conductrices d’ions hydronium.
Le matériau mis en œuvre dans un procédé tel que décrit ici peut être déshydraté.
Un matériau déshydraté, ou séché, est un matériau dont la teneur en eau a été réduite par séchage. La teneur en eau d’un matériau déshydraté peut être réduite d’au moins 10% à au moins 99% de la teneur en eau initiale. La quantité d’eau éliminée dans un matériau déshydraté peut être mesurée, par exemple, par mesure de la masse du matériau avant et après séchage, la différence de masse représentant la quantité d’eau éliminée. La teneur en eau résiduelle dans le matériau déshydraté peut être mesurée, par exemple, par spectroscopie proche infrarouge.
Un matériau utilisé dans l’invention peut être mis en œuvre sous forme d’une fibre, d’un fil ou d’un film. La mise en forme du matériau peut se faire avant ou après son activation par un procédé de l’invention.
Par « fibre », on entend désigner une structure dont la dimension longitudinale est significativement supérieure à la dimension latérale. Par « fil » on entend désigner un assemblage de fibres. Par « film », on entend désigner une structure dont les dimensions longitudinale et latérale sont significativement supérieures à la dimension transversale. Un film peut être composé d’un ensemble de fibres ou de fils.
Un matériau activé est conducteur d’ions hydroniums.
Par « ion hydronium », on entend désigner le cation H3O+issu de la protonation d’une molécule d’eau.
Par matériau « conducteur d’ions hydronium », on entend désigner la capacité d’un matériau à assurer une conduction de type ionique et protonique permettant le déplacement d’ions hydronium ou de protons.
Un matériau activé tel que décrit ici peut comprendre au moins un matériau additionnel électriquement conducteur.
Un matériau additionnel électriquement conducteur peut être une fibre de carbone, une fibre métallique, des polymères conjugués, ou des nanoparticules.
Un matériau activé tel que décrit peut être configuré sous forme d’un textile tissé ou non-tissé.
Selon un de ses aspects, la présente invention concerne l’utilisation d’un matériau activé tel que défini ici, en particulier obtenu par un procédé tel que défini ici, pour générer une énergie électrique à partir d’une atmosphère environnante humide.
Le matériau ainsi utilisé peut être électriquement connecté à une première et à une seconde électrode. La première et/ou la seconde électrodes peuvent être choisies parmi des électrodes d’or, d’argent, de platine, d’aluminium ou de carbone.
Selon un autre de ses aspects, la présente invention concerne un dispositif de production d’énergie électrique comprenant :
(a) au moins un matériau activé tel que défini ici, en particulier obtenu par un procédé tel que défini ici,
(b) au moins une paire d’électrodes comprenant une première électrode et une seconde électrode, lesdites électrodes étant électriquement connectées audit matériau,
ledit matériau étant destiné à, ou configuré pour, être exposé au moins partiellement, à une atmosphère environnante humide.
Un dispositif de production d’énergie tel que décrit ici est configuré pour assurer l’exposition d’au moins une partie du matériau activé tel que décrit ici à une atmosphère environnante humide.
Selon un autre de ses aspects, la présence invention concerne une utilisation d’un dispositif de production d’énergie tel que décrit ici pour alimenter en énergie électrique un appareil électrique ou électronique destiné à, ou configuré pour, être alimenté en énergie électrique.
Selon un autre de ses aspects, la présente invention concerne un procédé pour alimenter en énergie électrique un appareil électrique ou électronique destiné à être alimenté en énergie électrique, le procédé comprenant au moins une étape consistant à exposer à une atmosphère environnante humide, au moins partiellement, au moins un matériau activé tel que défini ici, en particulier obtenu par un procédé tel que défini ici, ledit matériau étant arrangé dans un dispositif de production d’énergie électrique tel que décrit ici, ledit dispositif étant électriquement connecté audit appareil électrique.
Selon un autre de ses aspects, la présente invention concerne un procédé pour alimenter en énergie électrique un appareil électrique ou électronique destiné à, ou configuré pour, être alimenté en énergie électrique, le procédé comprenant au moins les étapes consistant à :
a) connecter électriquement un dispositif, tel que décrit ici, à un appareil électrique ou électronique destiné à être alimenté en énergie électrique, et
b) exposer, au moins partiellement, ledit matériau à une atmosphère environnante humide.
Selon un autre de ses aspects, la présente invention concerne un procédé de fabrication d’un dispositif tel que décrit ici, en particulier obtenu par un procédé tel que défini ici, comprenant au moins une étape consistant à connecter électriquement un matériau activé tel que décrit ici à une première et à une seconde électrode d’une paire d’électrodes.
Selon un autre de ses aspects, la présente invention concerne un appareil électrique ou électronique alimenté en énergie électrique par un dispositif tel que décrit ici.
Selon un autre de ses aspects, la présente invention concerne un capteur d’humidité comprenant au moins un dispositif, tel que décrit ici.
Selon un autre de ses aspects, la présente invention concerne un coupe-circuit électrique réactif à l’humidité comprenant au moins un dispositif, tel que décrit ici.
Selon un autre de ses aspects, la présente invention concerne un chargeur électrique comprenant au moins un dispositif, tel que décrit ici.
Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d’autres aspects de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante.
Sauf définition contraire dans la description, les termes scientifiques et techniques utilisés en relation avec la présente invention ont les significations qui sont communément comprises dans le domaine technique. En cas de conflit, la présente description prévaudra. Les unités, préfixes et symboles sont indiqués dans leur forme acceptée du Système International des Unités (SI). Les titres fournis dans la description document ne sont pas limitatifs des divers aspects de la divulgation. La liste des sources, des ingrédients et des composants décrits ci-après est énumérée de telle sorte que des combinaisons et des mélanges de ceux-ci sont également envisagés et entrent dans le champ d’application des présentes. Des exemples de procédés et de matériaux sont décrits ci-dessous, et des procédés et des matériaux similaires ou équivalents à ceux décrits ici peuvent également être utilisés dans la mise en œuvre de la présente invention. Il est apprécié que certaines caractéristiques de l’invention, qui sont, pour plus de clarté, décrites dans le contexte de modes de réalisation distincts, puissent également être fournies en combinaison dans un seul mode de réalisation. Inversement, diverses caractéristiques de l’invention, qui sont, par souci de brièveté, décrites dans le cadre d’un seul mode de réalisation, peuvent également être fournies séparément ou dans toute sous-combinaison appropriée.
Les plages numériques incluent tous les nombres définissant la plage. Chaque limitation numérique maximale donnée tout au long de la description inclut toute limitation numérique inférieure, comme si ces limitations numériques inférieures étaient expressément écrites. Chaque limitation numérique minimale donnée tout au long de la description inclut toute limitation numérique supérieure, comme si ces limitations numériques plus élevées étaient expressément écrites dans les présentes. Chaque plage numérique donnée tout au long de la description inclut toute plage numérique plus étroite qui se situe dans une plage numérique aussi large, comme si ces plages numériques plus étroites étaient toutes expressément écrites ici.
Toutes les listes d’articles, telles que, par exemple, les listes d’ingrédients, sont destinées et doivent être interprétées comme des groupes de Markush. Ainsi, toutes les listes peuvent être lues et interprétées comme des éléments « sélectionnés dans le groupe constitué par la liste des articles » et des combinaisons et mélanges de ceux-ci.
Il peut être fait référence aux présentes des noms commerciaux de composants, y compris divers ingrédients utilisés dans la présente divulgation. Les inventeurs n’ont pas l’intention d’être limités par des matériaux sous un nom commercial particulier. Des matériaux équivalents (p. ex., ceux obtenus d’une source différente sous un nom ou un numéro de référence différent) à ceux mentionnés par nom commercial peuvent être substitués et utilisés dans les descriptions ci-dessous.
Sauf indication contraire du contexte, les termes indiqués au singulier incluent le pluriel et les termes au pluriel incluent le singulier. Les termes « un », « un ou plusieurs » et « au moins un » peuvent être utilisés de manière interchangeable dans la description.
Dans la description, les modes de réalisations décrits ici avec les termes « ayant » ou « comprenant » incluent les modes de réalisations décrits avec les termes « comprenant uniquement », « consistant en » et/ou « consistant essentiellement en ». L’expression « consistant en » implique l’inclusion des éléments énoncés à l’exclusion de tout autre élément. L’expression « consistant essentiellement en » implique l’inclusion des éléments énoncés, et éventuellement d’autres éléments lorsque les autres éléments n’affectent pas de façon significative la ou les caractéristiques fondamentales de la divulgation.
En outre, l’expression « et/ou » doit être considéré comme une divulgation spécifique de chacune des deux caractéristiques avec ou sans l’autre. Ainsi, l’expression « et/ou » utilisé dans une expression telle que « A et/ou B » vise à inclure « A et B », « A ou B », « A » (seul) et « B » (seul).
Les termes « environ » ou « approximativement » signifient une erreur de mesure acceptable pour une valeur particulière d’un paramètre déterminée par les méthodes de mesure habituelles dans le domaine et qui dépendra en partie de la façon dont la valeur est mesurée ou déterminée, c’est-à-dire des limites du système de mesure. Par exemple, « environ » peut signifier dans une plage de trois ou plus de trois écarts-types, selon la pratique de l’art. Alternativement, « environ » peut signifier une plage ou écart numérique allant jusqu’à 20%, par exemple jusqu’à 10%, par exemple jusqu’à 5%, et encore jusqu’à 1% d’une valeur donnée.
L’expression « de façon significative » utilisé à l’égard d’un changement ou d’une différence vise à signifier que le changement ou la différence observé est perceptible et/ou qu’il ou elle a une signification statistique.
Dans la description, les termes « substantiellement » ou « substantiellement identique » utilisés conjointement avec une caractéristique vise à définir un ensemble de modes de réalisation liés à cette caractéristique qui sont en grande partie, mais pas entièrement, similaires à cette caractéristique.
Matériau comprenant des fibres amyloïdes conductrices d’ions hydronium et des protéines glycosylées
Un matériau convenant à un procédé d’activation électrochimique de l’invention est un matériau comprenant des fibres amyloïdes et des protéines glycosylées, et étant apte à être activé selon un procédé tel que décrit ici. Un tel matériau est dit « électro-activable » ou « activable par procédé d’activation électrochimique ».
Par « fibre amyloïde », on entend désigner une fibre comprenant des protéines structurées en feuillets β et qui s’organisent en fibres. La fibre peut être constituée entièrement de protéines structurées en feuillets β, ou être essentiellement constituée de protéines structurées en feuillets β, i.e. en quantité suffisante pour conférer à la fibre les propriétés d’une fibre amyloïde.
Les fibres amyloïdes convenant à l’invention sont conductrices d’ions hydronium.
Selon un mode de réalisation les fibres amyloïdes peuvent être préparées à partir de filaments intermédiaires.
Au sens de l’invention, l’expression « filament intermédiaire » vise à désigner un assemblage de protéines associées en filaments d’environ 10 nm de diamètre composant la structure du cytosquelette de nombreuses cellules dans la plupart des taxons métazoaires ou du mucus défensif produite par lesMyxinidae.
Les filaments intermédiaires (en anglais : « intermediate filament » ou IF) sont constitués par un ensemble de protéines organisées en filaments d’environ 10 à 12 nm de diamètre et de plusieurs micromètres de longs et constituent un composant du cytosquelette dans la plupart des taxons métazoaires ou du mucus défensif produite par lesMyxinidae.
Les filaments intermédiaires partagent une architecture commune caractérisée par un domaine central α-hélicoïdal à bobine enroulée, flanqué d’un domaine de « tête » N-terminale largement amorphe et d’un domaine de « queue » C-terminal de longueur et de séquence variables. Compte tenu de leur architecture moléculaire ouverte et de leur plan d’assemblage unique, les filaments intermédiaires possèdent des propriétés mécaniques combinant une extensibilité extrême, une flexibilité et une ténacité (Böni et al.,ACS Appl Mater Interfaces. 2018 ;10(47) :40460-40473), ainsi qu’une très forte propriété d’hydratation.
Les filaments intermédiaires sont composés de protéines riches en hélices α susceptibles d’être converties en feuillets β lorsqu’ils sont soumis à des déformations mécaniques tels que des étirements (Litvinovet al.,Biophys J. 2012 ;103(5) :1020-1027).
Un filament intermédiaire convenant à l’invention est un filament comprenant des domaines en hélices α d’une longueur au moins supérieure à 3.8 nm.
Selon un mode de réalisation les fibres amyloïdes sont des filaments intermédiaires étirés. Un « filament intermédiaire étiré » est un filament ayant subi une déformation mécanique suffisante pour convertir tout ou partie des hélices α des protéines constituant les filaments intermédiaires en feuillets β. La conversion des hélices α en feuillets β peut être mesurée ou suivie par spectroscopie FITR (spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier) ou par colorimétrie avec le colorant Rouge Congo (Litvinovet al.,Biophys J. 2012 ;103(5) :1020-1027 ; Fudgeet al.,Biophys J. 2003 ;85(3) :2015-2027).
A titre d’exemple de filaments intermédiaires convenant à l’invention, on peut citer les filaments intermédiaires composés de protéines choisies parmi l’α-kératine, la lamine, la vimentine, la desmine, la périphérine, la syncoiline, l’α-internexin, le neurofilament, la synemine, les kératines de fils (« threads keratins ») α, β et γ, par exemple issues du mucus défensif produite par lesMyxinidae, les variants de ces protéines, et leurs mélanges.
Selon un mode de réalisation, les filaments intermédiaires convenant à l’invention peuvent être composés des protéines kératines de fils (« threads keratins ») α, β et γ, et leurs mélanges. Les protéines kératines de fils α, β et γ, et leurs mélanges peuvent provenir du mucus défensif produit par lesMyxinidae
Les filaments intermédiaires peuvent être associés entre eux en fibres ou en fils.
Les fibres ou fils de filaments intermédiaires peuvent présenter un diamètre variant d’environ 0.5 à environ 5 µm, ou d’environ 1 à environ 3 µm, ou d’environ 1.5 à environ 2 µm.
Les fibres ou fils de filaments intermédiaires peuvent présenter une longueur variant d’environ 1 à environ 20 cm, ou d’environ 2 à environ 18 cm, ou d’environ 5 à environ 15 cm.
Les filaments intermédiaires peuvent être extraits de sources naturelles ou être produits de manières recombinantes en fermenteurs en utilisant des microorganismes recombinants génétiquement modifiées pour produire les protéines composant les filaments intermédiaires.
À titre d’exemple, des filaments intermédiaires peuvent être obtenus de manière recombinante selon le procédé décrit par Oliveiraet al. (Microb Biotechnol. 2021 ;14(5) :1976-1989) ou dans les demandes US 2019/0002529 A1, ou US 2005/0034280 A1.
À titre d’exemple, des filaments intermédiaires peuvent être préparés à partir du mucus ou hydrogel produit par les poissons de la famille desMyxinidae, tel que la myxine. Les fils de myxine sont constitués de filaments intermédiaires alignés axialement, qui se condensent en une fibre solide d’environ 1 à 3 μm de diamètre pouvant mesurer jusqu’à environ 15 cm de long (Böckeret al.,ACS Biomater. Sci. Eng., vol. 2, no. 1, pp. 90–95, 2016).
Lorsque la myxine est attaquée par un prédateur, celle-ci va libérer, par l’intermédiaire de glandes, des fibres sèches de mucine et de filaments intermédiaires. Ces fibres s’hydratent instantanément en un mucus et des fils fibreux riches en filaments intermédiaires (FI) (Böckeret al.,ACS Biomater. Sci. Eng., vol. 2, no. 1, pp. 90–95, 2016).
Les filaments intermédiaires de myxine comprennent trois protéines de kératine fils (« threads keratins ») (TK) (α, β et γ). Les filaments intermédiaires de myxine sont qualifiés de « kératines » en raison de caractéristiques dans les domaines de la tête et de la queue qui sont similaires à la kératine. TKα est un homologue de la kératine de type II et TKγ possède des caractéristiques des kératines de type I, mais contient également des similitudes structurelles avec les filaments intermédiaires de type III, qui comprennent la desmine et la vimentine (Böni et al.,ACS Appl Mater Interfaces. 2018 ;10(47) :40460-40473).
Les filaments intermédiaires d’un hydrogel d’un poisson de la famille desMyxinidaepeuvent être configurés en fibres amyloïdes par exposition de l’hydrogel à une déformation mécanique, telle qu’un étirement. Cette déformation peut être appliquée lors de la manipulation, par exemple manuelle, de l’hydrogel lors de sa récupération à partir des poissons ou par tout dispositif mécanique permettant un tel étirement. Alternativement, la déformation mécanique, par exemple un étirement, peut être exercé sur les filaments intermédiaires d’un matériau sec.
Selon un mode de réalisation, un matériau convenant à l’invention comprend des protéines glycosylées.
Une protéine glycosylée est une protéine sur laquelle sont greffées des groupements sucres (ou glycosyles). La fixation peut se faire sur des atomes d’azote - N-glycosylation - ou d’oxygène - O-glycosylation. Des protéines glycosylées convenant à l’invention sont aptes à former un mucus en présence d’eau.
Les protéines glycosylées convenant à l’invention sont des protéines glycosylées aptes à former un hydrogel en présence d’une phase aqueuse.
On entend par « hydrogel » un système comprenant des réseaux de polymères liés physiquement ou chimiquement et piégeant de l’eau dans les espaces intermoléculaires. Les protéines glycosylées aptes à former des hydrogels sont connus de l’homme de l’art.
Des protéines glycosylées convenant à l’invention peuvent être des mucines.
Au sens de l’invention, le terme « mucine » vise à désigner une protéine fortement glycosylée et entrant dans la composition de nombreux mucus. Les mucines sont, notamment, caractérisées par la répétition en tandem de séquences d’acides aminées riches en sérine et thréonine, points de fixation des structures glycosylées.
Des protéines de type mucine existent chez pratiquement tous les animaux et de nombreux microorganismes. Les mucines convenant à l’invention sont les mucines aptes à former un hydrogel.
Des mucines convenant à l’invention sont des protéines fortement glycosylées à multiples domaines dont la structure leur confère la propriété de former des gels par homo-oligomérisation contribuant à la création de réseaux de protéines.
À titre d’exemple de mucine convenant à l’invention on peut citer les mucines humaines telles que MUC2, MUC5AC, MUC5B, MUC6 ou MUC19, ou les mucines de poissons de la famille desMyxinidae.
Selon un mode de réalisation, des protéines glycosylées convenant à l’invention peuvent être des mucines de poissons de la famille desMyxinidae, par exemple deMyxine glutinosa.
Les mucines peuvent être extraites de sources naturelles ou être produites de manières recombinantes en fermenteurs en utilisant des microorganismes recombinants génétiquement modifiés pour produire les protéines mucines.
À titre d’exemple, des mucines peuvent être obtenues de manière recombinante selon le procédé décrit par Shureret al. (Biotechnol Bioeng. 2019 ;116(6) :1292-1303. Doi :10.1002/bit.26940) ou dans les demandes US 2012/0165272 A1, ou US 2021/0246176 A1.
À titre d’exemple, des mucines peuvent être préparées à partir du mucus ou hydrogel produit par les poissons de la famille desMyxinidae, tel que la myxine.
Les mucines de poissons de la famille desMyxinidae, telle que la myxine, peuvent être composées d’environ 80% de protéines et 20% de sucres. Elles peuvent s’oligomériser par formation de ponts disulfures et de structure sulfonées.
Préparation d’un matériau comprenant des fibres amyloïdes et des protéines glycosylées
Un matériau activable selon un procédé d’activation électrochimique décrit ici et comprenant des fibres amyloïdes conductrices d’ions hydronium et des protéines glycosylées peut être obtenu par toute méthode connue dans le domaine.
Un tel matériau peut être obtenu par des voies de synthèse, par des procédés biotechnologiques permettant l’obtention de fibres amyloïdes conductrices d’ions hydronium et des protéines glycosylées recombinantes, ou à partir d’animaux produisant de tels matériaux.
Les protéines recombinantes peuvent être obtenues par expression hétérologue dans une cellule hôte, par exempleEscherichia coliou les cellules CHO, et amplification des cellules hôtes dans un bio-incubateur. Les protéines recombinantes ainsi obtenues sont ensuite purifiées par toute méthode connue dans le domaine.
Selon un mode de réalisation, un matériau comprenant des fibres amyloïdes conductrices d’ions hydronium et des protéines glycosylées peut être obtenu à partir d’un hydrogel produit par un poisson choisi parmi les poissons de la famille desMyxinidae, et notamment des sous-famillesMyxininaeetEptatretinae.
Selon un mode de réalisation, un matériau activable par un procédé électro-chimique et convenant à l’invention peut être préparé à partir d’un mucus ou hydrogel sécrété par un poisson choisi parmi les poissons de la famille desMyxinidae, et notamment des sous-famillesMyxininaeetEptatretinae. Le poisson peut être choisi parmi les poissons du genreMyxine,Nemamyxine,Neomyxine,Notomyxine Eptatretus,HeptatretusouRubicundus.
Un matériau convenant à l’invention peut être obtenu à partir d’un poisson choisi parmiMyxine affinis,Myxine australis,Myxine capensis,Myxine circifrons,Myxine debueni,Myxine dorsum,Myxine fernholmi,Myxine formosana,Myxine garmani,Myxine glutinosa,Myxine hubbsi,Myxine hubbsoides,Myxine ios,Myxine jespersenae,Myxine knappi,Myxine kuoi,Myxine limosa,Myxine mccoskeri,Myxine mcmillanae,Myxine paucidens,Myxine pequenoi,Myxine robinsorum,Myxine sotoi,Eptatretus bischoffii,Eptatretus burgeri,Eptatretus caribbeaus,Eptatretus carlhubbsi,Eptatretus chinensis,Eptatretus cirrhatus,Eptatretus deani,Eptatretus decatrema,Eptatretus eos,Eptatretus fernholmi,Eptatretus fritzi,Eptatretus goliath,Eptatretus grouseri,Eptatretus hexatrema,Eptatretus indrambaryai,Eptatretus lakeside,Eptatretus laurahubbsae,Eptatretus longipinnis,Eptatretus mcconnaugheyi,Eptatretus mccoskeri,Eptatretus mendozai,Eptatretus menezesi,Eptatretus minor,Eptatretus multidens,Eptatretus nanii,Eptatretus octatrema,Eptatretus okinoseanus,Eptatretus polytrema,Eptatretus profundus,Eptatretus sinus,Eptatretus springeri,Eptatretus stoutii,Eptatretus strahani,Eptatretus wayuu, etEptatretus wisneri.
Selon un mode de réalisation, un matériau convenant à l’invention peut être obtenu à partir du poissonMyxine glutinosa.
Selon un mode de réalisation, un matériau convenant à l’invention peut être préparé à partir d’un hydrogel comprenant des fibres amyloïdes et des protéines glycosylées, par exemple à partir d’un mucus ou hydrogel obtenu d’un poisson de la famille desMyxinidae.
Selon un mode de réalisation, un hydrogel obtenu d’un poisson de la famille desMyxin id aepeut être soumis à une étape de déformation mécanique, notamment d’étirement, afin de permettre la conversion des hélices α des protéines des filaments intermédiaires en feuillets β. Cette étape peut être réalisée mécaniquement ou manuellement, par exemple par manipulation de l’hydrogel lors de son prélèvement chez un poisson de la famille desMyxin id aeou en utilisant un dispositif permettant d’étirer l’hydrogel.
Un procédé de déformation mécanique convenant à la conversion les hélices α des protéines des filaments intermédiaires en feuilles β peut comprendre une étape d’étirement.
L’étirement peut être obtenu par traction manuelle.
Alternativement, l’étirement peut être obtenu au moyen d’un dispositif mécanique, par exemple une extrudeuse, une cardeuse, ou un métier à tisser.
La force d’étirement permettant la conversion les hélices α des protéines des filaments intermédiaires en feuilles β est adapté par l’homme de l’art de sorte à obtenir la conversion recherchée sans rupture du matériau. La conversion des hélices α en feuillets β peut être déterminée par toute méthode connue dans le domaine, par exemple comme décrit par Litvinovet al. (Biophys J. 2012 ;103(5) :1020-1027) ou Fudgeet al.(Biophys J. 2003 ;85(3) :2015-2027).
Une force d’étirement convenant à la conversion les hélices α des protéines des filaments intermédiaires en feuillets β peut être d’environ au moins 1 MPa, en particulier d’au moins 10 MPa, voire d’au moins 20 MPa. Selon un mode de réalisation, une force d’étirement peut être dans un intervalle variant d’environ 10 à environ 20 MPa.
L’étape de déformation mécanique peut être exercée sur un matériau déshydraté.
Un matériau convenant à l’invention peut comprendre des protéines glycosylées, par exemple des mucines, par exemples des mucines issues de poissons de la famille desMyxin id aeet des fibres amyloïdes, par exemple sous forme de filaments intermédiaires, par exemple issus de poissons de la famille desMyxin id ae. Les filaments intermédiaires sont étirés.
Selon un mode de réalisation, un matériau convenant à l’invention peut être sous forme d’une fibre, d’un fil ou d’un film. Un matériau convenant à l’invention peut être sous forme d’un film. Un matériau convenant à l’invention peut être sous forme d’un fil.
Selon un mode de réalisation, un matériau convenant à l’invention peut être déshydraté.
Selon un mode de réalisation, un hydrogel ou un mucus comprenant des fibres amyloïdes et des protéines glycosylées, utilisé pour préparer un matériau convenant à l’invention est soumis à une étape de déshydratation. Cette étape de déshydratation peut être réalisée par toute méthode connue dans le domaine.
L’étape de déshydratation peut être préalable ou postérieure à l’étape d’activation électrochimique. Par exemple, l’étape de déshydratation est préalable à l’étape d’activation électrochimique
Les conditions de température et de durée sont sélectionnées de sorte à permettre l’évaporation de l’eau contenue dans l’hydrogel ou le mucus, sans altération des fibres amyloïdes et des protéines glycosylées.
Un hydrogel ou un mucus comprenant des fibres amyloïdes et des protéines glycosylées, peut être arrangé en film, en membrane, en fibres ou en fils.
Selon un mode de réalisation, après collecte à partir d’un poisson de la famille desMyxin id ae, un hydrogel peut être mis sous forme de membrane par « membrane casting » ou en fils par extrusion. Juste après collecte, un hydrogel n’a pas encore relargué beaucoup d’eau et présente un aspect transparent.
Selon un autre de mode de réalisation, après séchage partiel, d’un hydrogel obtenu à partir d’un poisson de la famille desMyxin id ae, l’hydrogel peut être mis sous forme de feuilles par étalement et séchage. Un séchage partiel peut être réalisé par simple relargage d’une proportion significative d’eau. Un hydrogel ayant commencé à sécher commence également à blanchir.
Alternativement, un matériau activable par un procédé décrit ici et préparé à partir d’un hydrogel ou un mucus comprenant des fibres amyloïdes conductrices d’ions hydronium et des protéines glycosylées , peut être arrangé en film, en fibres ou en fils postérieurement à l’étape de déshydratation.
Un hydrogel comprenant des fibres amyloïdes et des protéines glycosylées, par exemple un hydrogel obtenu d’un poisson de la famille desMyxinidae, par exemple uneMyxine glutinosa, peut être déshydraté par toute méthode connue dans le domaine comme décrit ci-dessus.
Selon un mode de réalisation, un film d’un matériau déshydraté convenant à un procédé de l’invention peut être préparé à partir d’un hydrogel comprenant des fibres amyloïdes et des protéines glycosylées, par exemple un hydrogel obtenu d’un poisson de la famille desMyxinidae, par exemple uneMyxine glutinosa, étalé en fine couche sur un support approprié et exposé à une température et pendant une durée suffisante pour réduire la teneur en eau de l’hydrogel. Une couche d’hydrogel peut présenter une épaisseur variant d’environ 10 à environ 900 µm, par exemple d’environ 50 à environ 600 µm, ou encore par exemple d’environ 100 à environ 500 µm.
Un support convenant à l’étalement d’un hydrogel en film doit éviter l’adhérence de l’hydrogel sur le support. Un tel support peut être hydrophobe.
Un support pour étaler un hydrogel en film peut être par exemple du papier sulfurisé ou composé de TEFLON®.
Une température de déshydratation peut être d’environ 40°C à environ 70°C, ou d’environ 45°C à environs 60°, ou être d’environ 50°C.
Par exemple, la déshydratation d’un hydrogel peut être réalisée dans une étuve ou par exposition à l’air ou à un flux d’air sec.
Un matériau activé tel que décrit ici peut comprendre au moins matériau additionnel électriquement conducteur.
Un matériau additionnel matériau additionnel électriquement conducteur peut être un fil ou une fibre de carbone ou de graphite, un fil ou une fibre métallique, des polymères conjugués, ou des nanoparticules. Le métal d’un fil ou d’une fibre métallique peut être le cuivre, l’argent, l’or, l’aluminium, le zinc, le fer.
Un matériau électriquement conducteur additionnel peut être combiné à un matériau décrit ici avant ou après son activation par un procédé d’activation électro-chimique décrit ici.
Par exemple, un matériau électriquement conducteur additionnel peut être ajouté à un hydrogel obtenu d’une myxine avant déshydratation de l’hydrogel. Alternativement, l’hydrogel de myxine peut être déshydraté et préparé en film, fibres ou fils, et le matériau électriquement conducteur additionnel est ajouté au film, fibres ou fibres.
Un matériau convenant à l’invention peut être mis en forme de films, de fibres ou de fils.
La mise en forme de film d’un matériau peut être obtenu par déshydratation d’un hydrogel obtenu d’un poisson de la famille desMyxinidae.
Un matériau peut être mis en forme de fils ou de fibres par tous procédés de productions de fibres ou fils textiles connus, par exemple par cardage et filage. Les fibres et fils ainsi obtenus peuvent ensuite être utilisés dans tous procédés de productions de tissus, tissés ou non-tissés. Les opérations de tissages peuvent permettre la production de dispositifs générateur d’électricité à partir de la vapeur d’eau sur de grandes surfaces. Les opérations de tissages peuvent permettre la production de films de matériau activé selon l’invention.
La mise en forme d’un matériau en film, en fil ou en fibre peut être réalisée avant ou après activation par un procédé tel que décrit ici.
La mise en forme d’un matériau en film, en fil ou en fibre peut être réalisée avant ou après déshydratation du matériau obtenu sous forme d’un hydrogel.
Un matériau activé décrit ici peut être manufacturé sous forme d’un tissu tissé ou non-tissé. Un matériau activé peut être préparé sous forme de fils ou de fibres. Les fils ou fibres obtenus peuvent être assemblés par exemple en textile tissé ou en non-tissé.
Lorsqu’un matériau activé décrit ici est préparé sous forme d’un textile tissé ou non-tissé, un matériau électriquement conducteur additionnel peut être ajouté à l’étape de l’assemblage du textile.
Tout procédé de préparation de textiles tissés ou non-tissés peut être mis en œuvre.
Selon un de ses objets, l’invention concerne un procédé d’activation électrochimique d’un matériau comprenant des fibres amyloïdes et des protéines glycosylées, le procédé comprenant au moins les étapes consistant à :
(a) mettre en contact au moins une partie dudit matériau à une vapeur d’eau,
(b) électrolyser au moins une partie de la vapeur d’eau en contact avec ledit matériau, et
(c) obtenir un matériau activé.
L’étape (b) est réalisée en exposant le matériau à une différence de potentiel électrique.
Sans vouloir être liés à une théorie particulière, les inventeurs font l’hypothèse que l’activation électrochimique conduit à modifier les protéines des filaments intermédiaires et les protéines glycosylées par le biais de réactions d’oxydoréduction de la vapeur d’eau se produisant pendant l’exposition à la différence de potentiel électrique et qui induisent la création d’un gradient de charges. Ce gradient de charges permet l’établissement d’une différence de potentiel électrique en présence de vapeur d’eau.
La différence de potentiel électrique peut être appliquée au moyen de deux électrodes connectées électriquement au matériau.
Un matériau activable par un procédé d’activation électrochimique décrit ici peut être mis en contact ou fixé aux électrodes par toute méthode connue dans le domaine appropriée pour permettre une connexion électrique et l’application d’une différence de potentiel électrique au matériau.
Par exemple, lorsque le matériau activable par un procédé d’activation électrochimique est préparé à partir d’un hydrogel déshydraté de mucus de myxine, il peut être fixé aux électrodes par simple humidification de la région du matériau qui sera mise en contact avec les électrodes.
Les électrodes peuvent être disposées de sorte à être en contact, chacune, à un point du matériau. Une première électrode est en contact avec un premier point du matériau, et une seconde électrode est en contact avec un second point du matériau.
Par exemple, la première et/ou la seconde électrode(s) peuvent être choisies parmi des électrodes d’or, d’argent, de platine, d’aluminium ou de carbone.
La différence de potentiel électrique est apte à induire une électrolyse d’au moins une partie de la vapeur d’eau en contact avec le matériau. La différence de potentiel électrique peut être d’au moins 1.23 V. Par exemple, la différence de potentiel électrique peut être dans un intervalle variant d’environ 1,3 à environ 10 V, ou d’environ 1,5 à environ 8 V, ou d’environ 2 à environ 5 V, ou être d’environ 3V.
La différence de potentiel électrique peut être fixe ou variable.
Une différence de potentiel électrique fixe est une différence de potentiel électrique qui reste sensiblement constante pendante toute la durée de l’étape d’activation électrochimique. La différence de potentiel électrique est appliquée à la valeur sélectionnée pour obtenir l’électrolyse de l’eau et demeure ensuite sensiblement constante pendant l’étape d’activation électrochimique.
Une différence de potentiel électrique variable est une différence de potentiel électrique dont la valeur évolue au cours du temps, pendant l’étape d’activation électrochimique. Une différence de potentiel électrique variable comprend des valeurs de potentiel électrique permettant l’électrolyse de l’eau.
Une différence de potentiel électrique variable peut s’étendre sur un intervalle allant d’environ 0 à environ 10 V, ou d’environ 1,23 à environ 10 V, ou d’environ 1,5 à environ 8 V, ou d’environ 3 à environ 4 V.
Par exemple, une différence de potentiel électrique variable peut s’étendre sur un intervalle allant d’environ 1.23 V à environ 3 V.
Une différence de potentiel électrique, fixe ou variable, est appliquée à une valeur et pendant une durée suffisante pour électrolyser la vapeur d’eau en contact avec un matériau décrit ici et obtenir l’activation électrochimique de ce matériau.
L’activation électrochimique du matériau peut être caractérisée par la capacité du matériau ainsi activé à générer un courant électrique en présence de vapeur d’eau. Un tel courant électrique peut être mesurable par chronoampérométrie à 0 VvsEoc.
La chronoampérométrie est une technique électrochimique dans laquelle le potentiel électrique de l’électrode de travail est échelonné et le courant résultant des processus faradiques se produisant à l’électrode est surveillé en fonction du temps.
L’activation électrochimique du matériau peut également être caractérisée par toute méthode de mesure de changement de structure chimique d’un matériau, telle que la spectrométrie de masse par exemple ou des méthodes de chimie analytique.
L’étape (a) de mise en contact du matériau avec de la vapeur d’eau peut être réalisée en plaçant le matériau dans une atmosphère humide.
Une atmosphère environnante humide pour un procédé d’activation électrochimique décrit ici peut comprendre une humidité relative variant d’environ 60% à environ 100%, ou d’environ 65% à environ 99%, ou d’environ 70% à environ 95%, ou d’environ 75% à environ 90%, ou d’environ 80% à environ 85%, , ou être d’environ 85%. Une atmosphère environnante humide pour un procédé d’activation électrochimique décrit ici peut comprendre une humidité relative d’au moins 60%, ou d’au moins 65%, ou d’au moins 70%, ou d’au moins 75%, ou d’au moins 80%, ou d’au moins 85%, ou d’au moins 90%, ou d’au moins 95%, au d’au moins 99%.
Selon un mode de réalisation, une atmosphère humide environnante du matériau peut comprendre une humidité relative variant d’au moins environ 70% à environ 90 %, et être, par exemple, d’environ 85%.
Une atmosphère environnante humide peut être obtenue par toute méthode connue dans le domaine. Par exemple, une atmosphère environnante humide peut être obtenue au moyen d’une solution saturée en sel, par exemple du KCl.
L’humidité relative d’une atmosphère peut être mesurée par toutes méthodes connues, par exemple au moyen d’un hygromètre.
Une atmosphère mise en œuvre dans le procédé décrit ici peut être une atmosphère neutre. Une atmosphère neutre est une atmosphère qui ne réagit pas chimiquement ou physiquement avec les éléments en contact avec elle.
Une atmosphère humide et neutre est une atmosphère comprenant de la vapeur d’eau et un gaz neutre ne réagissant pas chimiquement ou physiquement avec les éléments en contact avec lui pendant la réalisation du procédé décrit ici. En revanche, et conformément au procédé décrit ici, la vapeur d’eau en contact avec le matériau à électro-activer peut subir, dans les conditions appropriées, une électrolyse.
Une atmosphère neutre peut comprendre à titre de gaz neutre de l’azote, de l’hélium, du néon, de l’argon, ou un mélange de ceux-ci. Selon un mode de réalisation, une atmosphère neutre peut comprendre à titre de gaz neutre de l’azote ou de l’argon, et par exemple peut comprendre de l’azote.
Lorsqu’un matériau électro-activable est préparé à partir d’un hydrogel, par exemple un mucus de myxine, le procédé d’activation électrochimique peut comprendre, préalablement à l’étape (a) une étape de déshydratation de l’hydrogel.
L’étape de déshydratation de l’hydrogel peut être réalisée par toute méthode connue dans le domaine, par exemple comme détaillé précédemment. Une méthode utilisable peut être l’exposition du matériau à une température et pendant une durée suffisante pour permettre l’évaporation de l’eau contenue dans l’hydrogel.
Lorsqu’un matériau électro-activable est préparé à partir d’un hydrogel comprenant des filaments intermédiaires, par exemple un mucus de myxine, le procédé d’activation électrochimique peut comprendre, préalablement à l’étape de déshydratation de l’hydrogel une étape de déformation mécanique, par exemple d’étirement, de l’hydrogel pour obtenir une conversion de tout ou partie des hélices α en feuillets β.
Selon un mode de réalisation, un procédé de préparation d’un matériau activé par activation électrochimique, le matériau comprenant des protéines glycosylées et des filaments intermédiaires, peut comprendre au moins les étapes consistant à :
(i) obtenir un matériau à activer sous forme d’un hydrogel comprenant des protéines glycosylées et des filaments intermédiaires, les filaments intermédiaires comprenant des protéines comprenant des hélices α,
(ii) déformer mécaniquement le matériau obtenu à l’étape (i), par exemple par étirement, pour obtenir une conversion d’au moins une partie des hélices α des protéines des filaments intermédiaires en feuillets β (fibres amyloïdes),
(iii) déshydrater au moins partiellement le matériau obtenu à l’étape (ii),
(iv) mettre en contact au moins une partie du matériau obtenu à l’étape (iii) à une vapeur d’eau,
(v) électrolyser au moins une partie de la vapeur d’eau en contact avec ledit matériau, et
(vi) obtenir un matériau activé.
Selon un mode de réalisation, un procédé de préparation d’un matériau activé par activation électrochimique,
le matériau étant sous forme d’un hydrogel comprenant des protéines glycosylées et des filaments intermédiaires, les filaments intermédiaires comprenant des protéines comprenant des feuillets β (fibres amyloïdes) issus de tout ou partie de la conversion des hélices α desdites protéines,
et le procédé comprenant au moins les étapes consistant à :
(i) déshydrater au moins partiellement le matériau,
(ii) mettre en contact au moins une partie du matériau obtenu à l’étape (i) à une vapeur d’eau,
(iii) électrolyser au moins une partie de la vapeur d’eau en contact avec ledit matériau, et
(iv) obtenir un matériau activé.
Un matériau activé obtenu à l’issu d’un procédé d’activation électrochimique décrit ici apte à générer un courant électrique par mise en contact avec de la vapeur d’eau.
Un matériau activé obtenu à l’issu d’un procédé d’activation électrochimique décrit ici est conducteur d’ions hydronium.
Un matériau activé, comprenant des fibres amyloïdes conductrices d’ions hydronium et des protéines glycosylées, tel que décrit ici, peut être utilisé pour générer une énergie électrique par contact avec une atmosphère environnante humide.
Dans une telle utilisation, le matériau peut être électriquement connecté à une première et à une seconde électrode. La paire d’électrodes peut être disposée à la surface de matériaux de nature et de forme variées. Le choix de la nature et de la forme des matériaux destinés à supporter les électrodes est ajusté par l’homme de l’art selon l’usage qui sera fait des électrodes. À titre de matériau utilisable, il est possible de citer les polymères ou résines plastiques, les matières vitreuses, ou les tissus.
La première et/ou la seconde électrode(s) peuvent être choisies parmi des électrodes d’or, d’argent, de platine, d’aluminium ou de carbone.
Un matériau activé, par exemple sous forme de fil, fibre ou film, peut être connecté électriquement à une première et à une seconde électrode. La première électrode est connectée électriquement, par exemple via une pointe de cette électrode, à un premier point du matériau, et la seconde électrode est connectée électriquement, par exemple via une pointe de cette électrode, à un second point du matériau. La première et la seconde électrode peuvent former une paire d’électrodes.
Un fil ou une fibre d’un matériau activé peut comprendre une première extrémité et une seconde extrémité. Selon un mode de réalisation, une première électrode peut être connectée électriquement, par exemple par une pointe, avec une première extrémité du fil ou de la fibre, et une seconde électrode peut être connectée électriquement, par exemple par une pointe, avec une seconde extrémité dudit fil ou de ladite fibre.
Un matériau activé, tel que décrit ici, peut être mis en œuvre dans un dispositif de production d’énergie électrique.
Un dispositif de production d’énergie électrique peut comprendre :
(a) au moins un matériau activé tel que décrit ici,
(b) au moins une paire d’électrodes comprenant une première électrode et une seconde électrode, lesdites électrodes étant électriquement connectées audit matériau,
ledit matériau étant destiné à être exposé (mis en contact), au moins partiellement, à une atmosphère environnante humide.
L’intensité de l’énergie électrique générée par un dispositif tel que décrit ici peut dépendre de la teneur en humidité de l’atmosphère environnante en contact avec le matériau activé. Également, l’intensité peut dépendre de la surface du film ou du nombre de fibres ou de fils présents dans un dispositif.
Selon un mode de réalisation, un dispositif tel que décrit peut comprendre un matériau activé sous forme de fils. Les fils peuvent être tissés ou non.
Selon un mode de réalisation, un dispositif tel que décrit peut comprendre une pluralité de fils ou films chacun connecté électriquement à une première et à une seconde électrode.
Selon un mode de réalisation, un dispositif peut comprendre une pluralité de fils ou films disposés en parallèle.
Selon un autre mode de réalisation, un dispositif peut comprendre une pluralité de fils ou films disposés en série.
Selon une variante de réalisation, un dispositif tel que décrit ici peut comprendre une pluralité de paires de première et seconde électrodes, chacune desdites paires d’électrodes étant électriquement connectée à un fil ou à un film, ou à une pluralité, au moins 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 200, 500, 1000, ou plus, de fils ou films. Dans une telle réalisation, les fils ou films sont alors électriquement connectés en parallèle.
Un dispositif tel que décrit ici peut comprendre une pluralité de paires de première et deuxième électrodes. Ces paires d’électrodes peuvent être électriquement reliées entre elles en série ou en parallèle.
Selon une variante de réalisation, un dispositif tel que décrit ici peut comprendre une paire de première et deuxième électrodes, ou une pluralité, au moins 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 200, 500, 1000, ou plus, de paires de première et deuxième électrodes, chaque paire de première et deuxième électrodes étant électriquement connectée à un fil ou un film, ou une pluralité de fils ou de films, au moins 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 200, 500, 1000, ou plus, tel(s) que décrit ici. Lorsque au moins deux, ou plus, paires d’électrodes sont présentes, celles-ci peuvent être électriquement reliées entre elles en série ou en parallèle.
Une architecture en parallèle permet avantageusement une diminution de la résistance interne.
Une architecture en série permet avantageusement d’augmenter le potentiel électrique de charge du circuit à plusieurs volts. Également, une architecture en série permet d’avoir une résistance interne élevée et de pouvoir concevoir et réaliser, à façon, un dispositif avec une résistance finale bien définie.
Selon un mode de réalisation, un dispositif peut comprendre une pluralité de fils ou films disposés en parallèle et une pluralité de fils ou films disposés en en série.
Selon un mode de réalisation, un dispositif peut comprendre une pluralité de paires d’électrodes électriquement connectées à un ou une pluralité de fils ou films et disposées en parallèle et une pluralité de paires d’électrodes électriquement connectées à un ou à une pluralité de fils ou films et disposées en série.
La pluralité de fils ou de paires d’électrodes peut être disposée de sorte à former une configuration plane, bidimensionnelle, ou une configuration tridimensionnelle.
Selon un mode de réalisation, un dispositif comprend au moins un film, une fibre ou au moins un fil d’un matériau activé disposé de sorte à ce qu’au moins 50%, par exemple au moins 60%, au moins 70%, au moins 80%, au moins 90% voire 100% de la surface du film ou de la longueur de la fibre ou du fil soit exposée à l’atmosphère environnante humide.
Un dispositif tel que décrit ici peut être un dispositif de fourniture d’énergie électrique, par exemple une batterie.
Un dispositif de production d’énergie électrique décrit ici peut être utilisé pour alimenter en énergie électrique un appareil électrique ou électronique destiné à être alimenté en énergie électrique.
Un dispositif de production d’énergie électrique décrit ici peut être mis en œuvre dans un procédé pour alimenter en énergie électrique un appareil électrique ou électronique.
Un procédé pour alimenter en énergie électrique un appareil électrique ou électronique destiné à, ou configuré pour, être alimenté en énergie électrique peut comprendre au moins une étape consistant à exposer à une atmosphère environnante humide, au moins partiellement, au moins un matériau activé tel que décrit ici, ledit matériau étant disposé dans un dispositif de production d’énergie électrique tel que décrit ici, ledit dispositif étant électriquement connecté audit appareil électrique ou électronique.
Selon un autre mode de réalisation, la présente divulgation concerne un procédé pour alimenter en énergie électrique un appareil électrique ou électronique destiné à être alimenté en énergie électrique, le procédé comprenant au moins les étapes consistant à :
a) connecter électriquement un dispositif tel que décrit à un appareil électrique ou électronique destiné à être alimenté en énergie électrique, et
b) exposer, au moins partiellement, le matériau activé à une atmosphère environnante humide.
Un dispositif de production d’énergie électrique décrit ici peut être préparé par un procédé de fabrication comprenant au moins une étape consistant à disposer un matériau activé tel que décrit ici entre une première et une seconde électrode d’une paire d’électrodes pour connecter électriquement lesdites électrodes avec ledit matériau.
Un dispositif tel que décrit ici peut être préparé par un procédé comprenant en outre au moins les étapes consistant à :
- mettre en contact un matériau activable par un procédé d’activation électrochimique, le matériau comprenant des fibres amyloïdes conductrices d’ions hydronium et des protéines glycosylées, avec une première et une seconde électrode d’une paire d’électrodes pour connecter électriquement lesdites électrodes avec le matériau, et
- mettre en contact au moins une partie dudit matériau à une vapeur d’eau,
- électrolyser au moins une partie de la vapeur d’eau en contact avec ledit matériau, et
- obtenir un matériau activé.
Un dispositif tel que décrit ici peut être préparé avec un matériau sous forme d’un hydrogel comprenant des protéines glycosylées et des filaments intermédiaires, les filaments intermédiaires comprenant des protéines comprenant des feuillets β issus de tout ou partie de la conversion des hélices α desdites protéines, et par un procédé comprenant en outre au moins les étapes consistant à :
- connecter électriquement ledit matériau avec une première et une seconde électrode d’une paire d’électrodes,
- déshydrater au moins partiellement le matériau, et
- mettre en contact au moins une partie du matériau obtenu à l’étape précédente à une vapeur d’eau,
- électrolyser au moins une partie de la vapeur d’eau en contact avec ledit matériau.
Un dispositif tel que décrit ici peut être préparé par un procédé comprenant en outre au moins les étapes consistant à :
- obtenir un matériau sous forme d’un hydrogel comprenant des protéines glycosylées et des filaments intermédiaires, les filaments intermédiaires comprenant des protéines comprenant des feuillets β issus de tout ou partie de la conversion des hélices α desdites protéines,
- connecter électriquement ledit matériau avec une première et une seconde électrode d’une paire d’électrodes,
- déshydrater au moins partiellement le matériau, et
- mettre en contact au moins une partie du matériau obtenu à l’étape précédente à une vapeur d’eau,
- électrolyser au moins une partie de la vapeur d’eau en contact avec ledit matériau.
Le matériau peut être sous forme de films, fils ou fibres.
Un dispositif décrit ici peut avantageusement être mis en œuvre dans une zone à forte humidité, par exemple un milieu marin, pour recharger de petits appareils électriques ou électroniques, de type smartphones, capteurs, par exemple capteurs d’humidité, balises, chargeurs électriques, ou lampes.
Un dispositif de production d’énergie électrique décrit ici peut être installé dans un capteur d’humidité, un coupe circuit électrique réactif à l’humidité, ou un chargeur électrique.
Lorsque des éléments sont présentés sous forme de listes, par exemple dans un groupe Markush ou sous une forme similaire, il est entendu que chaque sous-groupe d’éléments est également divulgué et que tout élément peut être retiré du groupe. Il doit être entendu qu’en général, lorsque la divulgation, ou des aspects de la divulgation, est/sont désignée(s) comme comprenant des éléments, caractéristiques, etc. particuliers, ils englobent également les modes de réalisations consistant en, ou consistant essentiellement en, de tels éléments, caractéristiques, etc. Dans un souci de simplicité et de concision, ces éléments n’ont pas toujours été spécifiquement exposés dans le présent document.
Sans limiter la présente description de l’invention, différents modes de réalisation de l’invention sont décrits ci-après à des fins d’illustration.
Exemple 1 : Préparation d’un film de matériau électro-activable
Un film de fibres amyloïdes conductrices d’ions hydronium et de protéines glycosylées a été réalisé à partir d’un hydrogel, sécrété par la myxine (Myxine glutinosa), par déshydratation. L’hydrogel secrété par la myxine est composé de mucines, protéines glycosylées, et de filaments intermédiaires. Lors de la manipulation de l’hydrogel, les filaments intermédiaires sont étirés, et au moins une partie des protéines les composant subit une transition de leurs hélices α en feuillets β, conférant aux filaments intermédiaires une structure et des propriétés de fibres amyloïdes. Ces fibres amyloïdes sont notamment conductrices d’ions hydronium.
L’hydrogel a été isolé directement après capture des myxines. Il a été étalé sur du papier sulfurisé disposé sur une grille. Une mise à l’étuve jusqu’au séchage complet à une température de 50°C a permis d’obtenir par déshydratation un film de mucines et de protéines de filament intermédiaire sous forme d’une feuille.
Exemple 2 : Activation électrochimique du matériau comprenant des protéines glycosylées et des fibres amyloïdes.
Un morceau de film de protéines glycosylées et de fibres amyloïdes, i.e. de mucines et de protéines de filament intermédiaire, (1 cm x 2 mm) a été connecté à deux électrodes en carbone vitreux (diamètre : 6 mm). La connexion entre le film et le carbone vitreux a été fait en humidifiant le film au niveau des points de contact. Un espace de 1 mm sépare les deux électrodes de carbone vitreux ( (A)). Ce dispositif est ensuite placé dans une enceinte hermétique. Une solution de KCl saturée est placée dans l’enceinte hermétique afin de maintenir une humidité relative (HR) de 85 % ( (B)). Le film de protéines est placé dans l’enceinte climatique à haute humidité (85 %) et l’enceinte a été dégazée avec de l’azote (N2) pendant 18h.
La différence de potentiel électrique en circuit ouvert (EOC) entre les deux électrodes a été enregistrée durant le dégazage ( (C)).
On peut constater que l’EOCobservée pendant le dégazage est instable durant les 7 premières heures. Par la suite, on peut voir une stabilisation aux environs de 10 mV.
Une fois le dégazage terminé, une première courbe d’intensité-potentiel (I-V) a été réalisée entre 0 et 3V à une vitesse de 5 mV/s ( (A), ligne discontinue). Cette courbe peut être décomposée en 3 phases :
- Phase 1 : entre 0 V et 1.4 V, un très faible courant est observé,
- Phase 2 : entre 1.4 V et 2.6 V, une légère augmentation de courant est observée, ce qui correspond au début de l’électrolyse de l’eau qui intervient à partir de 1.23 V.
- Phase 3 : entre 2.6 V et 3 V, une augmentation du courant jusqu’à 80 µA et qui correspond à l’électrolyse de l’eau puisque le potentiel électrique est supérieur à 1.23 V.
Ensuite une chronoampérométrie à 3 VvsErefa été réalisée pendant 2h afin d’observer l’évolution du courant en fonction du temps ( (B)). On peut constater dans un premier temps qu’il y a une diminution du courant au cours des premières minutes. Cela correspond à la stabilisation du système suite à la courbe I-V réalisée précédemment. Dans un second temps, il y a une augmentation du courant au cours du temps puisqu’il passe de 40 µA à 120 µA. Pendant cette étape, l’oxydation de l’eau intervient du côté anode et la réduction des protons en hydrogène du côté de la cathode.
Une nouvelle chronoampérométrie a ensuite été réalisée à 0 VvsEoc( (C)). Le courant et l’Eocont été enregistrés.
Le courant observé est stable à 2.5 µA, ce qui est en accord avec les valeurs obtenues avec l’I-V. De plus, il apparaît clairement qu’une différence de potentiel électrique s’est mise en place à 1.46 V et est stable sur une période de 16h.
Une seconde courbe I-V entre 0 V et 3 V à une vitesse de 5 mV/s a ensuite été réalisée ( (A), ligne pointillée). On peut voir que les valeurs de courant sont supérieures aux valeurs observées lors de la première I-V. Il y a donc eu une activation électrochimique du film de myxine.
Sans vouloir être soutenue par un mécanisme spécifique, les inventeurs font l’hypothèse que l’électro-activation résulte de modifications des protéines dues aux réactions d’oxydoréduction intervenant de part et d’autre du film pendant l’exposition à une différence de potentiel électrique de 3V et ayant induit la création d’un gradient de charges dans le film permettant l’établissement d’une différence de potentiel électrique en présence de vapeur d’eau. Un mécanisme de cette nature a été utilisé pour modifier la distribution de charges dans des feuilles de graphène et ainsi générer de l’électricité à partir de la vapeur d’eau (Wang et al., J. Mater. Chem. A9, 8870-8895, 2021).
Exemple 3 : Production d’énergie par un film activé de fibres amyloïdes conductrices d’ions hydronium et de protéines glycosylées à partir de l’humidité ambiante
Le potentiel électrique en circuit ouvert a ensuite été enregistré en fonction du temps ( (A)). On remarque que l’EOCest stable à 1.30 V pendant plusieurs heures. Durant cette expérience, les connexions aux bornes des électrodes de carbone vitreux ont été inversées. On peut noter que l’EOCdevient négative (-1.30 V), ce qui indique que le film de mucines et de protéines de filament intermédiaire est naturellement polarisé en présence d’humidité. Le sens de la polarisation peut être attribué aux polarisations réalisées en début d’expérience (I-V et chronoampérométrie).
Un condensateur chimique a été connecté aux bornes des électrodes en carbone vitreux afin de le charger grâce à l’EOC( (B)). Le condensateur utilisé est de capacité 470 µF et 16 V. Celui-ci a été chargé deux fois, avec un enregistrement de l’EOCentre les deux charges. Ce dernier était conforme à ce qui a été observé précédemment puisque la tension obtenue était de 1.25 V. Entre les deux tests de charge, le condensateur a été déchargé sur une résistance jusqu’à obtenir une tension nulle. On peut constater que la cinétique de charge suivie par l’évolution de la tension aux bornes du condensateur ne démarre pas à 0 V. Ceci est directement lié à la mise en place de l’expérience et une constante de temps de charge très faible observée (τ = RC = 40 s). En effet, entre le moment où le condensateur a été branché aux bornes du film de mucine et le début de l’enregistrement, quelques secondes s’étaient écoulées. Une tension limite de 1.25 V a été atteinte au bout de 2 min lors de la première charge et de 3 min lors de la deuxième charge. Cette tension limite correspondait bien à l’EOCobservée pour le film de myxine. La détermination de la constante de temps de charge τ du condensateur a donné une valeur de 40 s. Si l’on considère qu’un condensateur est chargé au bout de 4 τ, on retrouve bien une valeur de 4 et 5 min. Enfin, à partir de la constante de charge, on peut déterminer une résistance interne du film de l’ordre de 50 kΩ.
Ces résultats démontrent la preuve de concept que des films activés de protéines glycosylées et de fibres amyloïdes, par exemple de mucines et de protéines de filament intermédiaire préparés à partir d’un hydrogel obtenu de poissons telle que la myxine, sont capables de recharger un condensateur en présence d’humidité.
Ici les expériences ont été réalisées à une humidité relative (RH) de 85 % un fonctionnement rapide et facile. Il est bien entendu envisageable de travailler à plus basse humidité (40 %).
On peut constater que le temps de charge du condensateur est très court, ceci étant dû à la résistance interne du film. Il est envisageable de développer une architecture comprenant plusieurs films avec un mélange de films mis en parallèles et séries afin d’augmenter le potentiel électrique de charge (plusieurs Volts).
Claims (10)
- Procédé de préparation d’un matériau activé par activation électrochimique, ledit matériau comprenant des fibres amyloïdes conductrices d’ions hydronium et des protéines glycosylées, ledit procédé comprenant au moins les étapes consistant à :
- mettre en contact au moins une partie dudit matériau à une vapeur d’eau,
- électrolyser au moins une partie de la vapeur d’eau en contact avec ledit matériau, et
- obtenir un matériau activé.
- Procédé selon la revendication 1, dans lequel la vapeur d’eau provient d’une atmosphère humide et neutre.
- Procédé selon la revendication 2, dans lequel l’atmosphère humide comprenant une humidité relative variant d’au moins 60 à 100 %.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel les fibres amyloïdes conductrices d’ions hydronium sont obtenus à partir de filaments intermédiaires.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel les protéines glycosylées sont des mucines.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel le matériau est obtenu à partir d’un hydrogel produit par un poisson choisi parmi les poissons de la famille desMyxini d ae, en particulier à partir d’un hydrogel produit par uneMyxine glutinosa.
- Matériau activé comprenant des fibres amyloïdes conductrices d’ions hydronium et des protéines glycosylées et étant activé par un procédé d’activation électrochimique.
- Utilisation d’un matériau activé obtenu par le procédé selon l’une des revendications 1 à 6 ou d’un matériau activé selon la revendication 7, pour générer une énergie électrique à partir d’une atmosphère environnante humide.
- Dispositif de production d'énergie électrique comprenant :
- au moins un matériau activé obtenu par le procédé selon l’une des revendications 1 à 6 ou un matériau activé selon la revendication 7,
- au moins une paire d’électrodes comprenant une première électrode et une seconde électrode, lesdites électrodes étant électriquement connectées audit matériau,
ledit matériau étant destiné à être exposé, au moins partiellement, à une atmosphère environnante humide.
- Capteur d’humidité, coupe circuit électrique réactif à l’humidité, ou chargeur électrique comprenant au moins un dispositif selon la revendication 9.
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