Le biophysicien Sebastian Ramensee de l'Université technique de Munich (TUM) a réussi à reconstituer le processus de fabrication de fils de toiles d'araignée en laboratoire, permettant ainsi de mettre en évidence les conditions physico-chimiques nécessaire à leur mise au point. Les fils de toile d'araignée sont particulièrement résistants et élastiques et constituent un objet d'étude intéressant dans le domaine de la biophysique. Les recherches ont eu lieu dans le cadre des clusters d'excellence "Nanosystems Initiative Munich" (NIM) et "Munich-Center for Integrated Protein Science".
Ce qui permet à la toile de capturer des insectes en plein vol, c'est son incroyable résistance à la torsion d'une part et sa solidité d'autre part, qui résultent de la structure du réseau de fils. Si des fibres équivalentes pouvaient être synthétisées en quantités industrielles, le matériau résultant aurait de multiples applications intéressantes. Par exemple, des fils pourraient être utilisés pour recoudre les plaies, à la fois discrets, résistants et n'interférant pas avec les défenses immunitaires. Des fibres nerveuses pourraient également être réparées par ces fils très fins. De plus, utiliser cette matière ouvrirait également la voie vers l'indépendance par rapport aux matières premières fossiles actuellement utilisées dans les fibres synthétiques. Les fils sont constitués de divers éléments protéiques qui sont mélangés dans un canal. Selon la fonctionnalité désirée, l'araignée utilise différents types de fibres, qu'elle étire ensuite avec ses pattes. D'un point de vue chimique, les chaînes protéiniques mises en jeu s'organisent aléatoirement dans l'espace, jusqu'à ce que des glandes de l'araignée produisent des hydroxydes de potassium et des acides venant stabiliser la structure en feuillet bêta. Les molécules sont alors très proches les unes des autres et il se forme des liaisons faibles, ce qui confère à la toile sa stabilité.
Il était jusqu'à présent impossible d'observer le phénomène de synthèse de la fibre, puisqu'il n'existe aucun moyen d'observation invasif permettant de voir à l'intérieur de l'araignée. Mais le facteur encore plus crucial pour la synthèse de fibres de toiles d'araignée est la possibilité d'avoir à disposition suffisamment de matières premières, à savoir les protéines. Grâce aux travaux du professeur Scheibel de l'Université de Bayreuth (auparavant à la Faculté de biotechnologie de la TUM), il est désormais possible de synthétiser ces éléments fondamentaux à partir de bactéries génétiquement programmées.
C'est ainsi que S. Ramensee, de l'équipe du Professeur Bausch, a pu reconstituer les conditions nécessaires à la fabrication de la toile d'araignée grâce à des canaux de 100 microns de large, c'est-à-dire à peine plus gros qu'un cheveu, dans une plaque de plexiglas. Grâce à cette technique de mélange, nommée "microfluidique", il a été possible de synthétiser des fibres extrêmement fines.
Les scientifiques ont essayé plusieurs mélanges de protéines, nommées eADF3 et eADF4 (pour "engineered Araneus Diadematus Fibroin"). Ces mélanges existent en pratique dans la nature. Les chercheurs ont pu faire le constat suivant : une fibre ne devient stable qu'à partir du moment où le flux de protéines dans le canal s'accélère, permettant de passer d'un amas sphérique à une fibre allongée. Il existe de plus une sorte de synergie entre les deux mélanges de protéines eADF3 et eADF4. Les protéines contenues dans l'eADF3 sont nécessaires pour que les protéines de l'eADF4 s'étirent sous forme de faisceaux. A l'inverse, des faisceaux peuvent être formés à partir seulement de l'eADF3 mais il semble que l'ajout d'eADF4 augmente la durabilité des fils.
Le Professeur Bausch conclut : "nous avons essayé de reproduire au plus près et de comprendre les phénomènes naturels. Nous avons ainsi atteint un progrès de taille dans le domaine des biomatériaux produits artificiellement".
