EP4519924A2 - Générateur de tension à base de matériau comprenant des protéines glycosylées et des fibres d'amyloïdes - Google Patents

Générateur de tension à base de matériau comprenant des protéines glycosylées et des fibres d'amyloïdes

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Publication number
EP4519924A2
EP4519924A2 EP23725360.4A EP23725360A EP4519924A2 EP 4519924 A2 EP4519924 A2 EP 4519924A2 EP 23725360 A EP23725360 A EP 23725360A EP 4519924 A2 EP4519924 A2 EP 4519924A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
activated
proteins
hydrogel
described here
fibers
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23725360.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Vincent FORGE
Joffrey CHAMPAVERT
Julien HURTAUD
Herlé GORAGUER
Adina MOROZAN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Institut Francais de Recherche pour lExploitation de la Mer (IFREMER)
Universite Grenoble Alpes
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Institut Francais de Recherche pour lExploitation de la Mer (IFREMER)
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Universite Grenoble Alpes
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Institut Francais de Recherche pour lExploitation de la Mer (IFREMER), Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Universite Grenoble Alpes, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP4519924A2 publication Critical patent/EP4519924A2/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/60—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of organic compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/16—Biochemical fuel cells, i.e. cells in which microorganisms function as catalysts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M14/00—Electrochemical current or voltage generators not provided for in groups H01M6/00 - H01M12/00; Manufacture thereof

Definitions

  • the present invention relates to a voltage generator. More precisely, a material is described, activated by an electrochemical process, comprising glycosylated proteins and amyloid fibers, and making it possible to produce electrical energy from ambient humidity or any atmosphere containing water vapor. . The use of such a material to produce electrical energy and its preparation process are also described.
  • hydrovoltaics was proposed as an alternative means of producing electrical energy from water (Zhang et al., Nature Nanotech 13, 1109-1119 (2016)). Unlike current technologies which recover kinetic (in the case of streams and rivers) or potential (in the case of basins and lakes) energy from water, hydrovoltaic technology makes it possible to directly generate energy. energy from the direct interaction between water and material.
  • hydro voltaics developed to date mainly use inorganic materials. The materials currently used are made from from silicon nanowires, Ni/Al hydroxide or even from carbon (graphene or carbon nanotubes) (Yang et al. (2016) J. Am. Chem. Soc.
  • this device composed of bionanofils from Geobacter sulfurreducens, must be exposed to a water vapor gradient to produce energy. These filaments do not result from spontaneous self-assembly, but require the internal machinery of the bacteria for their formation.
  • the bionanowires used come from a recombinant protein requiring the use of Escherichia coli as support for their production; this is an important obstacle for mass production and large-scale industrialization of the process.
  • the company Benthic Labs is developing a biodegradable polymer made from mucus components which could be used in the manufacture of tissues. for protective clothing, food packaging, elastic cords, bandages or airbags.
  • the present invention aims to satisfy all or part of these needs.
  • the present invention relates to a process for preparing a material activated by electrochemical activation, said material comprising amyloid fibers conducting hydronium ions and glycosylated proteins, said process comprising at least the steps consisting of has :
  • electrochemical activation aims to describe a process comprising a step in which a material is exposed to an electric current with a view to modifying the chemical structure of this material, the material being suitable for a such a process, and making it possible to give this material the property of generating electrical energy from the water vapor from the surrounding atmosphere.
  • activated material A material resulting from an electrochemical activation process described here is referred to in this description as “activated material”.
  • the electrochemical activation of a material described here can, for example, be followed by chronoamperometry. This method makes it possible to measure the quantity of electrical charges circulating in the material during its electrochemical activation. Activation can be verified by the generation of an open circuit electrical potential difference when the material is exposed to a humid atmosphere.
  • the expressions “humid atmosphere” or “humid surrounding atmosphere” are intended to designate an atmosphere comprising water molecules in the vapor state.
  • the water vapor content of a humid atmosphere suitable for the invention may vary from about 30% to about 100%, or from about 35% to about 99%, or from about 40% to about 95%. , or from about 45% to about 90%, or from about 50% to about 85%.
  • a humid surrounding atmosphere is an atmosphere in contact with a material as described here.
  • the present invention relates to an activated material comprising amyloid fibers conducting hydronium ions and glycosylated proteins and being activated by an electrochemical activation process.
  • an activated material is biodegradable, non-toxic, and biocompatible.
  • an activated material described here makes it possible to obtain a difference in electrical potential at ambient humidity and at very high humidity (for example from 40 to 85%), thus making it possible to adjust the voltage obtained and to modulate it up to a target value.
  • an activated material described here can have a high internal resistance ( ⁇ 50 k).
  • the resistance can be modulated by varying the quantity of material, for example in the form of films which can be placed in series or in parallel
  • an activated material described here can have great stability.
  • an activated material described here naturally has adhesion properties which can be used to prepare electrical energy production devices simply and at low cost.
  • a material configured as a film can be cut into pieces, the pieces then being moistened and stuck on and between electrodes.
  • Activated and dried material can be used in various textile production processes to prepare textile fibers and fabrics.
  • the fibers and fabrics thus obtained can be used in devices generating electricity from surrounding humidity.
  • an activated material described here can be dried and carded, and the resulting fibers can then be spun.
  • the activated material fiber threads thus obtained can advantageously be woven by any textile shaping techniques to manufacture woven or non-woven fabrics.
  • the association of fibers or threads of an activated material with fibers or threads of a second electro-conductive material, for example carbon fibers, can allow the manufacture by weaving techniques of electricity generating devices from water vapor over large surfaces.
  • step (b) of electrolysis of the water vapor in contact with a material to be activated can be carried out by exposing the material to an electric potential difference.
  • An electric potential difference can be obtained by means of two electrodes electrically connected to the material.
  • An electric potential difference suitable for the invention is an electric potential difference capable of inducing electrolysis of at least part of the water vapor.
  • the electric potential difference can be fixed or variable.
  • the term “fixed” describes an electrical potential difference which remains substantially constant during the period of time necessary for the electrochemical activation of a material as described here.
  • variable describes a difference in electrical potential which evolves over the period of time necessary for the electrochemical activation of a material as described here and which maintains for a period sufficient time to a value allowing the electrolysis of water.
  • An electric potential difference can be at least 1.23 V.
  • step (b) an electric potential difference is applied for a period of time of sufficient duration to obtain the generation of an electric current in the material.
  • the generation of such an electric current can be measurable by chronoamperometry at 0 V vs E oc (open circuit electric potential).
  • the water vapor used in a process described here can come from a humid atmosphere surrounding the material.
  • a humid surrounding atmosphere suitable for an electrochemical activation process described here may include a relative humidity varying from at least 60% to 100%, and in particular may vary from approximately 65% to approximately 85%.
  • the surrounding atmosphere may be a humid and neutral atmosphere.
  • the water vapor used in a process described here can come from a humid and neutral atmosphere.
  • neutral atmosphere aims to designate a chemically neutral atmosphere, that is to say one which does not react with the elements in contact with it, such as the material to be activated or the electrodes.
  • a neutral atmosphere is an atmosphere devoid of oxygen.
  • a neutral atmosphere can be a nitrogen or argon atmosphere, and for example is a nitrogen atmosphere.
  • the hydronium ion-conducting amyloid fibers can be obtained from intermediate filaments.
  • Intermediate filaments are able to conform into amyloid fibers after exposure to mechanical stress, such as stretching.
  • mechanical stress such as stretching.
  • hydronium ion-conducting amyloid fibers can be obtained from stretched intermediate filaments.
  • the intermediate filaments may be composed of proteins chosen from roc-keratin, lamin, vimentin, desmin, peripherin, syncoilin, oc-intemexin, neurofilament, synemin, thread keratins (" threads keratins”) a,
  • a protein variant, or protein isoform is a member of a set of very similar proteins that originate from a single gene or a single gene family and are the result of genetic differences. Variants of a protein family generally have similar biological functions.
  • the intermediate filaments can be associated, or organized, into fibers or threads.
  • the glycosylated proteins may be mucins, in particular mucins capable of forming mucus in the presence of water.
  • a material comprising amyloid fibers that conduct hydronium ions and glycosylated proteins can be obtained from a hydrogel produced by a fish chosen from fish of the Myxinidae family, and in particular fish. subfamilies Myxininae and Eptatretinae.
  • a material suitable for the invention can be obtained from a hydrogel produced by a fish chosen from fish of the Myxine or Eptatretus genus.
  • a material suitable for the invention can be obtained from a hydrogel produced by a Myxine glutinosa.
  • the intermediate filaments of a hydrogel produced by a fish of the Myxinidae family can be subjected to a stretching step to transform at least part of the ⁇ -helices of intermediate filament proteins into
  • These amyloid fibers are notably conductors of hydronium ions.
  • the material used in a process as described here can be dehydrated.
  • a dehydrated, or dried, material is a material whose water content has been reduced by drying.
  • the water content of a dehydrated material can be reduced from at least 10% to at least 99% of the initial water content.
  • the amount of water removed in a dehydrated material can be measured, for example, by measuring the mass of the material before and after drying, the difference in mass representing the amount of water removed.
  • the residual water content in the dehydrated material can be measured, for example, by near-infrared spectroscopy.
  • a material used in the invention can be used in the form of a fiber, a wire or a film.
  • the shaping of the material can be done before or after its activation by a process of the invention.
  • fiber we mean a structure whose longitudinal dimension is significantly greater than the lateral dimension.
  • bond we mean an assembly of fibers.
  • film we mean a structure whose longitudinal and lateral are significantly greater than the transverse dimension.
  • a film can be made up of a set of fibers or threads.
  • An activated material is a conductor of hydronium ions.
  • hydroxium ion we mean the cation H3CL resulting from the protonation of a water molecule.
  • hydronium ion conductor material we mean the capacity of a material to ensure conduction of the ionic and proton type allowing the movement of hydronium ions or protons.
  • An activated material as described here may comprise at least one additional electrically conductive material.
  • An additional electrically conductive material may be a carbon fiber, a metal fiber, conjugated polymers, or nanoparticles.
  • An activated material as described can be configured in the form of a woven or non-woven textile.
  • the present invention relates to the use of an activated material as defined here, in particular obtained by a process as defined here, to generate electrical energy from a humid surrounding atmosphere .
  • the material thus used can be electrically connected to a first and a second electrode.
  • the first and/or second electrodes may be chosen from gold, silver, platinum, aluminum or carbon electrodes.
  • the present invention relates to a device for producing electrical energy comprising:
  • said material being intended to, or configured to, be exposed at least partially to a humid surrounding atmosphere.
  • An energy production device as described here is configured to ensure the exposure of at least part of the activated material as described here to a humid surrounding atmosphere.
  • the present invention relates to a use of an energy production device as described here for supplying electrical energy to an electrical or electronic device intended to, or configured to, be supplied with energy electric.
  • the present invention relates to a method for supplying electrical energy to an electrical or electronic device intended to be supplied with electrical energy, the method comprising at least one step consisting of exposing to a humid surrounding atmosphere, at least partially, at least one activated material as defined here, in particular obtained by a process as defined here, said material being arranged in a device for producing electrical energy as described here, said device being electrically connected to said apparatus electric.
  • the present invention relates to a method for supplying electrical energy to an electrical or electronic device intended to, or configured to, be supplied with electrical energy, the method comprising at least the steps consisting of:
  • the present invention relates to a method of manufacturing a device as described here, in particular obtained by a method as defined here, comprising at least one step consisting of electrically connecting an activated material as described herein to a first and a second electrode of a pair of electrodes.
  • the present invention relates to an electrical or electronic device supplied with electrical energy by a device as described here.
  • the present invention relates to a humidity sensor comprising at least one device, as described here.
  • the present invention relates to an electrical circuit breaker reactive to humidity comprising at least one device, as described here.
  • the present invention relates to an electric charger comprising at least one device, as described here.
  • FIG 2 represents (A) the IV curves between 0 V and 3 V at 5 mV/s under nitrogen (N2) and relative humidity (RH) 85% just after degassing (dashed line) and after 2 hours at 3V vs E re f (dotted line); (B) chronoamperometry curves at 3V vs E re f on the mucin film at RH 85% and under N2: (continuous line) applied voltage, (dashed line) measured current; and (C) the chronoamperometry curves at 0 V vs Eoc on the mucin film at RH 85% and under N2: (continuous line) measured voltage (Eoc), (dashed line) measured current. The Eoc value during degassing is also shown.
  • FIG 3 represents (A) the evolution of the voltage across the mucin film in open circuit before charging the capacitor and Influence of the direction of connection on the electrodes demonstrating a polarization of the mucin film; and (B) charging a capacitor with a capacity of 470 pF and a voltage of 16 V.
  • FIG 4 represents (A) a typical power curve obtained for a film of electrochemically activated hagfish mucus and (B) a discharge curve in a resistance of 31 kOhms which corresponds to the charge making it possible to deliver the maximum power.
  • the digital ranges include all numbers defining the range.
  • Each maximum numerical limitation given throughout the description includes any lower numerical limitation, as if such lower numerical limitation were expressly written.
  • Each minimum numerical limitation given throughout the description includes any higher numerical limitation, as if such higher numerical limitation were expressly written herein.
  • Each numerical range given throughout the description includes any narrower numerical range which falls within such a broad numerical range, as if such narrower numerical ranges were all expressly written herein.
  • the embodiments described here with the terms “having” or “comprising” include the embodiments described with the terms “comprising only”, “consisting of” and/or “consisting essentially of”.
  • the expression “consisting of” implies the inclusion of the elements set out to the exclusion of all other elements.
  • the term “consisting essentially of” implies the inclusion of the stated elements, and possibly other elements where the other elements do not significantly affect the fundamental characteristic(s) of the disclosure.
  • the expression “and/or” must be considered as a specific disclosure of each of the two characteristics with or without the other.
  • the expression “and/or” used in an expression such as “A and/or B” is intended to include “A and B”, “A or B”, “A” (alone) and “B” (alone ).
  • the terms “approximately” or “approximately” mean an acceptable measurement error for a particular value of a parameter determined by the usual measurement methods in the field and which will depend in part on the way in which the value is measured or determined, that is to say the limits of the measurement system.
  • “approximately” may mean within a range of three or more standard deviations, depending on the practice of the art.
  • “approximately” can mean a numerical range or deviation of up to 20%, for example up to 10%, for example up to 5%, and again up to 1% of a given value.
  • a material suitable for an electrochemical activation process of the invention is a material comprising amyloid fibers and glycosylated proteins, and being capable of being activated according to a process as described here. Such a material is called “electro-activatable” or “activatable by electrochemical activation process”.
  • amyloid fiber a fiber comprising proteins structured in
  • the fiber can consist entirely of proteins structured in J3 sheets, or be essentially made up of proteins structured in J3 sheets, i.e. in sufficient quantity to give the fiber the properties of an amyloid fiber.
  • amyloid fibers suitable for the invention are hydronium ion conductors.
  • the amyloid fibers can be prepared from intermediate filaments.
  • intermediate filament is intended to designate an assembly of proteins associated in filaments of approximately 10 nm in diameter composing the structure of the cytoskeleton of numerous cells in most metazoan taxa or the defensive mucus produced by Myxinidae.
  • intermediate filaments in English: “intermediate filament” or IF are constituted by a set of proteins organized into filaments of approximately 10 to 12 nm in diameter and several micrometers long and constitute a component of the cytoskeleton in the most metazoan taxa or defensive mucus produced by Myxinidae.
  • the intermediate filaments share a common architecture characterized by a central coiled-coil a-helical domain, flanked by a largely amorphous N-terminal "head” domain and a C-terminal "tail” domain of length and variable sequence.
  • intermediate filaments possess mechanical properties combining extreme extensibility, flexibility and toughness (Boni et al., ACS Appl Mater Interfaces. 2018; 10(47) :40460-40473), as well as a very strong hydration property.
  • the intermediate filaments are composed of proteins rich in ⁇ -helices capable of being converted into
  • An intermediate filament suitable for the invention is a filament comprising ⁇ -helical domains of a length at least greater than 3.8 nm.
  • the amyloid fibers are stretched intermediate filaments.
  • a “stretched intermediate filament” is a filament having undergone sufficient mechanical deformation to convert all or part of the ⁇ -helices of the proteins constituting the intermediate filaments into
  • intermediate filaments suitable for the invention mention may be made of intermediate filaments composed of proteins chosen from F oc-keratin, lamin, vimentin, desmin, peripherin, syncoilin, F oc -internexin, neurofilament, synemin, thread keratins a,
  • the intermediate filaments suitable for the invention may be composed of thread keratin proteins a,
  • 3, and y thread keratin proteins, and mixtures thereof, may originate from the defensive mucus produced by Myxinidae
  • the intermediate filaments can be combined together into fibers or threads.
  • the intermediate filament fibers or yarns may have a diameter varying from approximately 0.5 to approximately 5 ⁇ m, or from approximately 1 to approximately 3 ⁇ m, or from approximately 1.5 to approximately 2 ⁇ m. [0116] The intermediate filament fibers or yarns may have a length varying from approximately 1 to approximately 20 cm, or from approximately 2 to approximately 18 cm, or from approximately 5 to approximately
  • the intermediate filaments can be extracted from natural sources or be produced recombinantly in fermenters using genetically modified recombinant microorganisms to produce the proteins composing the intermediate filaments.
  • intermediate filaments can be obtained recombinantly according to the process described by Oliveira et al. Microb Biotechnology. 2021; 14(5):1976-1989) or in applications US 2019/0002529 Al, or US 2005/0034280 AL
  • intermediate filaments can be prepared from mucus or hydrogel produced by fish of the Myxinidae family, such as the hagfish.
  • Hagfish threads consist of axially aligned intermediate filaments, which condense into a solid fiber approximately 1 to 3 ⁇ m in diameter that can be up to approximately 15 cm long (Bôcker et al., ACS Biomater. Sci. Eng ., vol. 2, no. 1, pp. 90-95, 2016).
  • the hagfish intermediate filaments comprise three thread keratin proteins (TK) (a, P and y).
  • the intermediate filaments of hagfish are referred to as "keratins" due to features in the head and tail areas that are similar to keratin.
  • TKa is a type II keratin homolog
  • TKy has characteristics of type I keratins, but also contains structural similarities to type III intermediate filaments, which include desmin and vimentin (Boni et al., ACS Appl Mater Interfaces. 2018;10(47):40460-40473).
  • the intermediate filaments of a hydrogel from a fish of the Myxinidae family can be configured into amyloid fibers by exposing the hydrogel to mechanical deformation, such as stretching.
  • This deformation can be applied during manipulation, for example manual, of the hydrogel during its recovery from fish or by any mechanical device allowing such stretching.
  • the deformation mechanical for example stretching, can be exerted on the intermediate filaments of a dry material.
  • a material suitable for the invention comprises glycosylated proteins.
  • a glycosylated protein is a protein onto which sugar (or glycosylated) groups are grafted.
  • the fixation can be done on nitrogen atoms - N-glycosylation - or oxygen atoms - O-glycosylation.
  • Glycosylated proteins suitable for the invention are capable of forming mucus in the presence of water.
  • glycosylated proteins suitable for the invention are glycosylated proteins capable of forming a hydrogel in the presence of an aqueous phase.
  • hydrogel means a system comprising networks of physically or chemically linked polymers and trapping water in the intermolecular spaces. Glycosylated proteins capable of forming hydrogels are known to those skilled in the art.
  • Glycosylated proteins suitable for the invention may be mucins.
  • mucin aims to designate a highly glycosylated protein which is part of the composition of numerous mucus.
  • Mucins are, in particular, characterized by the tandem repetition of amino acid sequences rich in serine and threonine, attachment points of glycosylated structures.
  • Mucin-type proteins exist in practically all animals and many microorganisms.
  • the mucins suitable for the invention are mucins capable of forming a hydrogel.
  • Mucins suitable for the invention are highly glycosylated proteins with multiple domains whose structure gives them the property of forming gels by homo-oligomerization contributing to the creation of protein networks.
  • mucin suitable for the invention human mucins such as MUC2, MUC5AC, MUC5B, MUC6 or MUC19, or fish mucins of the Myxinidae family may be cited.
  • glycosylated proteins suitable for the invention may be mucins from fish of the Myxinidae family, for example from Myxine glutinosa.
  • the mucins can be extracted from natural sources or be produced recombinantly in fermenters using genetically modified recombinant microorganisms to produce the mucin proteins.
  • mucins can be obtained recombinantly according to the process described by Shurer et al. (Biotechnol Bioeng. 2019;116(6): 1292-1303. doi: 10.1002/bit.26940) or in applications US 2012/0165272 Al, or US 2021/0246176 Al.
  • mucins can be prepared from mucus or hydrogel produced by fish of the Myxinidae family, such as the hagfish.
  • the mucins of fish from the Myxinidae family can be composed of approximately 80% proteins and 20% sugars. They can oligomerize by forming disulfide bridges and sulfonated structures.
  • a material that can be activated according to an electrochemical activation process described here and comprising amyloid fibers that conduct hydronium ions and glycosylated proteins can be obtained by any method known in the field.
  • Such a material can be obtained by synthetic routes, by biotechnological processes allowing the production of amyloid fibers that conduct hydronium ions and recombinant glycosylated proteins, or from animals producing such materials.
  • the recombinant proteins can be obtained by heterologous expression in a host cell, for example Escherichia coli or CHO cells, and amplification of the host cells in a bio-incubator.
  • the recombinant proteins thus obtained are then purified by any method known in the field.
  • a material comprising amyloid fibers that conduct hydronium ions and glycosylated proteins can be obtained from a hydrogel produced by a fish chosen from fish of the Myxinidae family, and in particular fish. subfamilies Myxininae and Eptatretinae.
  • a material which can be activated by an electrochemical process and which is suitable for the invention can be prepared from a mucus or hydrogel secreted by a fish chosen from the fish of the Myxinidae family, and in particular from subfamilies Myxininae and Eptatretinae.
  • the fish can be chosen from fish of the genus Myxine, Nemamyxine, Neomyxine, Notomyxine Eptatretus, Eleptatretus or Rubicundus.
  • a material suitable for the invention can be obtained from a fish chosen from Myxine 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 carlhubb
  • a material suitable for the invention can be obtained from the fish Myxine glutinosa.
  • a material suitable for the invention can be prepared from a hydrogel comprising amyloid fibers and glycosylated proteins, for example from a mucus or hydrogel obtained from a fish of the family Myxinidae.
  • a hydrogel obtained from a fish of the Myxinidae family can be subjected to a mechanical deformation step, in particular stretching, in order to allow the conversion of the ⁇ -helices of the proteins of the intermediate filaments into sheets p.
  • This step can be carried out mechanically or manually, for example by manipulating the hydrogel during its collection from a fish of the Myxinidae family or by using a device allowing the hydrogel to be stretched.
  • a mechanical deformation method suitable for converting the ⁇ -helices of intermediate filament proteins into sheets may comprise a stretching step.
  • Stretching can be obtained by manual traction.
  • stretching can be obtained by means of a mechanical device, for example an extruder, a carder, or a loom.
  • 3 sheets is adapted by those skilled in the art so as to obtain the desired conversion without breaking the material.
  • 3 sheets can be determined by any method known in the art, for example as described by Litvinov et al. (Biophys J. 2012; 103(5): 1020-1027) or Fudge et al. (Biophys J. 2003;85(3):2015-2027).
  • 3 sheets can be approximately at least 1 MPa, in particular at least 10 MPa, or even at least 20 MPa.
  • a stretching force may be in a range varying from approximately 10 to approximately 20 MPa.
  • the mechanical deformation step can be carried out on a dehydrated material.
  • a material suitable for the invention may comprise glycosylated proteins, for example mucins, for example mucins from fish of the Myxinidae family and amyloid fibers, for example in the form of intermediate filaments, for example from fish of the family Myxinidae.
  • the intermediate filaments are stretched.
  • a material suitable for the invention can be in the form of a fiber, a thread or a film.
  • a material suitable for the invention may be in the form of a film.
  • a material suitable for the invention may be in the form of a wire.
  • a material suitable for the invention can be dehydrated.
  • a hydrogel or mucus comprising amyloid fibers and glycosylated proteins used to prepare a material suitable for the invention, is subjected to a dehydration step.
  • This dehydration step can be carried out by any method known in the field.
  • the dehydration step can be prior to or subsequent to the electrochemical activation step.
  • the dehydration step is prior to the electrochemical activation step
  • the temperature and duration conditions are selected so as to allow the evaporation of the water contained in the hydrogel or the mucus, without alteration of the amyloid fibers and glycosylated proteins.
  • a hydrogel or mucus comprising amyloid fibers and glycosylated proteins can be arranged in a film, membrane, fibers or threads.
  • a hydrogel after collection from a fish of the Myxinidae family, a hydrogel can be put into the form of a membrane by “membrane casting” or into threads by extrusion. Just after collection, a hydrogel has not yet released a lot of water and has a transparent appearance.
  • the hydrogel after partial drying of a hydrogel obtained from a fish of the Myxinidae family, the hydrogel can be formed into sheets by spreading and drying. Partial drying can be achieved by simply releasing a significant proportion of water. A hydrogel that has begun to dry also begins to whiten.
  • a material activatable by a process described here and prepared from a hydrogel or mucus comprising amyloid fibers conducting hydronium ions and glycosylated proteins can be arranged in a film, fibers or threads subsequently at the dehydration stage.
  • a hydrogel comprising amyloid fibers and glycosylated proteins for example a hydrogel obtained from a fish of the Myxinidae family, for example a Myxine glutinosa, can be dehydrated by any method known in the field as described above .
  • a film of a dehydrated material suitable for a process of the invention can be prepared from a hydrogel comprising amyloid fibers and glycosylated proteins, for example a hydrogel obtained from a fish of the Myxinidae family, for example a Myxine glutinosa, spread in a thin layer on a suitable support and exposed to a temperature and for a duration sufficient to reduce the water content of the hydrogel.
  • a hydrogel layer may have a thickness varying from approximately 10 to approximately 900 ⁇ m, for example from approximately 50 to approximately 600 ⁇ m, or for example from approximately 100 to approximately 500 ⁇ m.
  • a support suitable for spreading a hydrogel into a film must prevent the hydrogel from adhering to the support.
  • Such a support can be hydrophobic.
  • a support for spreading a hydrogel film can be, for example, parchment paper or made from TEFLON®.
  • a dehydration temperature can be from around 40°C to around 70°C, or from around 45°C to around 60°, or be around 50°C.
  • the dehydration of a hydrogel can be carried out in an oven or by exposure to air or to a flow of dry air.
  • An activated material as described here may comprise at least additional electrically conductive material.
  • An additional material additional electrically conductive material may be a carbon or graphite wire or fiber, a metal wire or fiber, conjugated polymers, or nanoparticles.
  • the metal of a wire or metallic fiber can be copper, silver, gold, aluminum, zinc, iron.
  • An additional electrically conductive material can be combined with a material described here before or after its activation by an electrochemical activation process described here.
  • an additional electrically conductive material can be added to a hydrogel obtained from a hagfish before dehydration of the hydrogel.
  • the hagfish hydrogel can be dehydrated and prepared into film, fibers or yarns, and additional electrically conductive material is added to the film, fibers or fibers.
  • a material suitable for the invention can be formed into films, fibers or threads.
  • the film-forming of a material can be obtained by dehydration of a hydrogel obtained from a fish of the Myxinidae family.
  • a material can be shaped into threads or fibers by any known production process for fibers or textile threads, for example by carding and spinning.
  • the fibers and yarns thus obtained can then be used in all fabric production processes, woven or non-woven.
  • Weaving operations can enable the production of electricity generating devices from water vapor over large areas.
  • Weaving operations can allow the production of films of activated material according to the invention.
  • the shaping of a film, wire or fiber material can be carried out before or after activation by a process as described here.
  • the shaping of a material into a film, wire or fiber can be carried out before or after dehydration of the material obtained in the form of a hydrogel.
  • An activated material described here can be manufactured in the form of a woven or non-woven fabric.
  • Activated material can be prepared in the form of threads or fibers.
  • the yarns or fibers obtained can be assembled for example into woven textile or non-woven fabric.
  • an additional electrically conductive material can be added at the textile assembly stage.
  • the invention relates to a process for electrochemical activation of a material comprising amyloid fibers and glycosylated proteins, the process comprising at least the steps consisting of:
  • Step (b) is carried out by exposing the material to an electric potential difference.
  • electrochemical activation leads to modification of the proteins of the intermediate filaments and the glycosylated proteins by means of redox reactions of the water vapor occurring. producing during exposure to the difference in electric potential and which induce the creation of a charge gradient. This charge gradient allows the establishment of an electric potential difference in the presence of water vapor.
  • the electric potential difference can be applied by means of two electrodes electrically connected to the material.
  • a material activatable by an electrochemical activation process described here can be brought into contact or fixed to the electrodes by any method known in the appropriate field. to allow an electrical connection and the application of an electric potential difference to the material.
  • the material which can be activated by an electrochemical activation process is prepared from a dehydrated hydrogel of hagfish mucus, it can be fixed to the electrodes by simple humidification of the region of the material which will be brought into contact. with the electrodes.
  • the electrodes can be arranged so as to each be in contact with a point of the material.
  • a first electrode is in contact with a first point of the material, and a second electrode is in contact with a second point of the material.
  • the first and/or the second electrode(s) can be chosen from gold, silver, platinum, aluminum or carbon electrodes.
  • the difference in electric potential is capable of inducing electrolysis of at least part of the water vapor in contact with the material.
  • the electric potential difference may be at least 1.23 V.
  • the electric potential difference may be in a range varying from about 1.3 to about 10 V, or from about 1.5 to about 8 V. , or from about 2 to about 5 V, or be about 3V.
  • the electric potential difference can be fixed or variable.
  • a fixed electric potential difference is an electric potential difference which remains substantially constant throughout the duration of the electrochemical activation step.
  • the electric potential difference is applied to the selected value to obtain electrolysis of water and then remains substantially constant during the electrochemical activation step.
  • variable electric potential difference is an electric potential difference whose value changes over time, during the electrochemical activation step.
  • a variable electric potential difference includes electric potential values allowing the electrolysis of water.
  • a variable electric potential difference can extend over an interval ranging from approximately 0 to approximately 10 V, or from approximately 1.23 to approximately 10 V, or from approximately 1.5 to approximately 8 V, or from about 3 to about 4 V.
  • a variable electric potential difference can extend over a range from approximately 1.23 V to approximately 3 V.
  • An electric potential difference, fixed or variable, is applied at a value and for a duration sufficient to electrolyze the water vapor in contact with a material described here and obtain the electrochemical activation of this material.
  • the electrochemical activation of the material can be characterized by the capacity of the material thus activated to generate an electric current in the presence of water vapor. Such an electric current can be measurable by chronoamperometry at 0 V v.s Eoc.
  • Chronoamperometry is an electrochemical technique in which the electrical potential of the working electrode is scaled and the current resulting from the faradic processes occurring at the electrode is monitored as a function of time.
  • the electrochemical activation of the material can also be characterized by any method of measuring changes in the chemical structure of a material, such as mass spectrometry for example or analytical chemistry methods.
  • Step (a) of bringing the material into contact with water vapor can be carried out by placing the material in a humid atmosphere.
  • a humid surrounding atmosphere for an electrochemical activation process described here may include a relative humidity varying from approximately 60% to approximately 100%, or from approximately 65% to approximately 99%, or from approximately 70% to approximately 100%. about 95%, or from about 75% to about 90%, or from about 80% to about 85%, , or be about 85%.
  • a humid surrounding atmosphere for an electrochemical activation process described herein may include a relative humidity of at least 60%, or at least 65%, or at least 70%, or at least 75%, or at least 80%, or at least 85%, or at least 90%, or at least 95%, or at least 99%.
  • a humid atmosphere surrounding the material may include a relative humidity varying from at least approximately 70% to approximately 90%, and be, for example, approximately 85%.
  • a humid surrounding atmosphere can be obtained by any method known in the field.
  • a humid surrounding atmosphere can be obtained using a saturated salt solution, for example KC1.
  • the relative humidity of an atmosphere can be measured by any known methods, for example by means of a hygrometer.
  • An atmosphere used in the process described here may be a neutral atmosphere.
  • a neutral atmosphere is one that does not react chemically or physically with the elements in contact with it.
  • a humid and neutral atmosphere is an atmosphere comprising water vapor and a neutral gas which does not react chemically or physically with the elements in contact with it during the carrying out of the process described here.
  • the water vapor in contact with the material to be electro-activated can undergo, under appropriate conditions, electrolysis.
  • a neutral atmosphere may include nitrogen, helium, neon, argon, or a mixture of these as neutral gas.
  • a neutral atmosphere may include nitrogen or argon as neutral gas, and for example may include nitrogen.
  • the electrochemical activation process may comprise, prior to step (a), a step of dehydration of the hydrogel.
  • the step of dehydrating the hydrogel can be carried out by any method known in the field, for example as detailed previously.
  • a usable method may be the exposure of the material to a temperature and for a sufficient time to allow the evaporation of the water contained in the hydrogel.
  • the electrochemical activation process may comprise, prior to the step of dehydration of the hydrogel a step of mechanical deformation, for example stretching, of the hydrogel to obtain conversion of all or part of the ⁇ -helices into sheets
  • a process for preparing a material activated by electrochemical activation may comprise at least the steps consisting of:
  • step (i) obtain a material to be activated in the form of a hydrogel comprising glycosylated proteins and intermediate filaments, the intermediate filaments comprising proteins comprising ⁇ -helices, [0214] (ii) mechanically deform the material obtained in step (i), for example by stretching, to obtain a conversion of at least part of the ⁇ -helices of the proteins of the intermediate filaments into P-sheets (amyloid fibers),
  • step (iv) bringing at least part of the material obtained in step (iii) into contact with water vapor
  • the material being in the form of a hydrogel comprising glycosylated proteins and intermediate filaments, the intermediate filaments comprising proteins comprising P sheets (amyloid fibers) resulting from all or part of the conversion of the ⁇ -helices of said proteins,
  • step (ii) bringing at least part of the material obtained in step (i) into contact with water vapor
  • An activated material obtained following an electrochemical activation process described here is a conductor of hydronium ions.
  • An activated material comprising hydronium ion-conducting amyloid fibers and glycosylated proteins, as described herein, can be used to generate electrical energy by contact with a humid surrounding atmosphere.
  • the material can be electrically connected to a first and a second electrode.
  • the pair of electrodes can be placed on the surface of materials of varied nature and shape. The choice of the nature and shape of the materials intended to support the electrodes is adjusted by those skilled in the art according to the use which will be made of the electrodes. As a usable material, it is possible to cite polymers or plastic resins, vitreous materials, or fabrics.
  • An activated material for example in the form of wire, fiber or film, can be electrically connected to a first and a second electrode.
  • the first electrode is electrically connected, for example via a tip of this electrode, to a first point of the material
  • the second electrode is electrically connected, for example via a tip of this electrode, to a second point of the material.
  • the first and second electrodes may form an electrode pair.
  • said material being intended to be exposed (brought into contact), at least partially, to a humid surrounding atmosphere.
  • the intensity of the electrical energy generated by a device as described here may depend on the humidity content of the surrounding atmosphere in contact with the activated material. Also, the intensity may depend on the surface area of the film or the number of fibers or threads present in a device.
  • a device as described may comprise a plurality of wires or films each electrically connected to a first and a second electrode.
  • a parallel architecture advantageously allows a reduction in internal resistance.
  • a series architecture advantageously makes it possible to increase the electrical charging potential of the circuit to several volts. Also, a series architecture makes it possible to have a high internal resistance and to be able to design and produce, to order, a device with a well-defined final resistance.
  • a device may comprise a plurality of wires or films arranged in parallel and a plurality of wires or films arranged in series.
  • a device may comprise a plurality of pairs of electrodes electrically connected to one or a plurality of wires or films and arranged in parallel and a plurality of pairs of electrodes electrically connected to one or more plurality of wires or films and arranged in series.
  • a device comprises at least one film, one fiber or at least one wire of an activated material arranged so that at least 50%, for example at least 60%, at least 70%, at least 80%, at least 90% or even 100% of the surface of the film or the length of the fiber or yarn is exposed to the humid surrounding atmosphere.
  • a device as described here may be a device for supplying electrical energy, for example a battery.
  • An electrical energy production device described here can be used to supply electrical energy to an electrical or electronic device intended to be supplied with electrical energy.
  • An electrical energy production device described here can be implemented in a method for supplying electrical energy to an electrical or electronic device.
  • a method for supplying electrical energy to an electrical or electronic device intended to, or configured to, be supplied with electrical energy may comprise at least one step consisting of exposing at least one material to a humid surrounding atmosphere, at least partially. activated as described here, said material being disposed in an electrical energy production device as described here, said device being electrically connected to said electrical or electronic device.
  • the present disclosure relates to a method for supplying electrical energy to an electrical or electronic device intended to be supplied with electrical energy, the method comprising at least the steps consisting of:
  • An electrical energy production device described here can be prepared by a manufacturing process comprising at least one step consisting of placing an activated material as described here between a first and a second electrode of a pair of electrodes to electrically connect said electrodes with said material.
  • a device as described here can be prepared by a process further comprising at least the steps consisting of:
  • a device as described here can be prepared with a material in the form of a hydrogel comprising glycosylated proteins and intermediate filaments, the intermediate filaments comprising proteins comprising sheets
  • a device as described here can be prepared by a process further comprising at least the steps consisting of:
  • the material can be in the form of films, threads or fibers.
  • a device described here can advantageously be implemented in an area with high humidity, for example a marine environment, to recharge small electrical or electronic devices, such as smartphones, sensors, for example humidity sensors, beacons, electric chargers, or lamps.
  • An electrical energy production device described here can be installed in a humidity sensor, an electrical circuit breaker reactive to humidity, or an electrical charger.
  • Example 1 Preparation of a film of electro-activatable material
  • a film of amyloid fibers conducting hydronium ions and glycosylated proteins was produced from a hydrogel, secreted by the hagfish (Myxine glutinosa), by dehydration.
  • the hydrogel secreted by the hagfish is composed of mucins, glycosylated proteins, and intermediate filaments.
  • the intermediate filaments are stretched, and at least part of the proteins composing them undergo a transition from their ⁇ -helices to P-sheets, giving the intermediate filaments the structure and properties of amyloid fibers.
  • These amyloid fibers are notably conductors of hydronium ions.
  • the hydrogel was isolated directly after capture of the hagfish. It was spread on parchment paper placed on a rack. Putting in an oven until completely dried at a temperature of 50°C made it possible to obtain by dehydration a film of mucins and intermediate filament proteins in the form of a sheet.
  • Example 2 Electrochemical activation of the material comprising glycosylated proteins and amyloid fibers.
  • RH relative humidity
  • Phase 3 between 2.6 V and 3 V, an increase in current up to 80 pA and which corresponds to the electrolysis of water since the electric potential is greater than 1.23 V.
  • a chemical capacitor was connected to the terminals of the glassy carbon electrodes in order to charge it using the Eoc (Fig. 3 (B)).
  • Example 4 Power curve and discharge curve obtained with a film of hagfish mucus
  • the curve shows that a resistance of 31 k is the load allowing the maximum power to be delivered.
  • a film of electrochemically activated hagfish mucus was prepared as described above. The film was placed in a humid atmosphere (85% RH), and connected to a resistance of 31 k. A voltmeter makes it possible to monitor the evolution of the potential over time.

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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.

Description

DESCRIPTION
Titre : GÉNÉRATEUR DE TENSION À BASE DE MATÉRIAU COMPRENANT DES PROTÉINES GLYCOSYLÉES ET DES FIBRES D’AMYLOÏDES
Domaine technique
[0001] 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.
Technique antérieure
[0002] 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 (1015 W) (Stephens et al., Nature Geosci 5, 691-696 (2012)).
[0003] 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.
[0004] Très récemment, 1’ hydro voltaïque a été proposé comme moyen alternatif de produire de l’énergie électrique à partir de l’eau (Zhang et al., Nature Nanotech 13, 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 hydro voltaïque permet de générer directement de l’énergie à partir de l’interaction directe entre l’eau et le matériau. Cependant, 1’ hydro voltaïque 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., Nature 578, 392-396 (2020)).
[0005] L’eau se trouvant sous forme de vapeur dans l’atmosphère ambiante pourrait aussi être utilisée pour récupérer de l’énergie.
[0006] Il a été rapporté une production d’énergie électrique à partir de l’humidité ambiante avec des matériaux biologiques (Liu et al., Nature 578, 550-554 (2020) ; WO 2020/069523).
[0007] Cependant, ce dispositif, composé de bionanofils issus de Geobacter 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 coli comme support pour leur production ; c’est un verrou important pour une production en masse et une industrialisation à grande échelle du procédé.
[0008] Les poissons de la famille des Myxinidae sont 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 a en feuillets |3 et conduisant à la formation de fibres amyloïdes (Boni et al., Sci Rep. 2016 ;6 :30371 ; Fu et al., Biomacromolecules. 2015 ;16(8) :2327-2339 ; Fudge et al., Biophys J. 2003 ;85(3) :2015-2027).
[0009] Les propriétés particulières de F hydrogel des Myxinidae intéressent de nombreuses entreprises qui souhaitent en tirer parti.
[0010] 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.
[0011] 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.
[0012] Il existe également un besoin de disposer d’un tel matériau qui soit biodégradable et renouvelable.
[0013] 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.
[0014] Il existe également un besoin de disposer d’un tel matériau permettant de réaliser différentes configurations électriques.
[0015] 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.
[0016] La présente invention a pour objet de satisfaire à tout ou partie de ces besoins.
Résumé de l’invention
[0017] 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 :
[0018] (a) mettre en contact au moins une partie dudit matériau à une vapeur d’eau,
[0019] (b) électrolyser au moins une partie de la vapeur d’eau en contact avec ledit matériau, et
[0020] (c) obtenir un matériau activé.
[0021] 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 ».
[0022] 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.
[0023] 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.
[0024] 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.
[0025] 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%.
[0026] 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. [0027] 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.
[0028] 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.
[0029] 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.
[0030] Avantageusement, en comparaison avec les matériaux inorganiques, un matériau activé est biodégradable, non toxique, et biocompatible.
[0031] 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.
[0032] Selon un autre de ses avantages, un matériau activé décrit ici peut présenter une grande résistance interne (~ 50 k ). 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
[0033] Selon un autre de ses avantages, un matériau activé décrit ici peut présenter une grande stabilité.
[0034] 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.
[0035] 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.
[0036] 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.
[0037] Une différence de potentiel électrique peut être obtenue au moyen de deux électrodes électriquement connectées au matériau.
[0038] 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.
[0039] La différence de potentiel électrique peut être fixe ou variable.
[0040] 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.
[0041] 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.
[0042] Une différence de potentiel électrique peut être d’au moins 1,23 V.
[0043] A 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 V v.s Eoc (potentiel électrique en circuit ouvert).
[0044] La vapeur d’eau utilisée dans un procédé décrit ici peut provenir d’une atmosphère humide environnant le matériau.
[0045] 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%.
[0046] L’atmosphère environnante peut être une atmosphère humide et neutre.
[0047] La vapeur d’eau utilisée dans un procédé décrit ici peut provenir d’une atmosphère humide et neutre.
[0048] 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.
[0049] Une atmosphère neutre peut être une atmosphère d’azote ou d’argon, et par exemple est une atmosphère d’azote.
[0050] 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.
[0051] Les filaments intermédiaires peuvent être composés de protéines choisies parmi roc-kératine, la lamine, la vimentine, la desmine, la périphérine, la syncoiline, l’ oc-intemexin, le neurofilament, la synemine, les kératines de fils (« threads keratins ») a, |3 et y, les variants de ces protéines, et leurs mélanges.
[0052] 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.
[0053] Les filaments intermédiaires peuvent être associés, ou organisés, en fibres ou en fils. [0054] Les protéines glycosylées peuvent être des mucines, notamment des mucines aptes à former un mucus en présence d’eau.
[0055] 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 des Myxinidae, et notamment des sous-familles Myxininae et Eptatretinae .
[0056] 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 genre Myxine ou Eptatretus.
[0057] Selon un mode de réalisation, un matériau convenant à l’invention peut être obtenu à partir d’un hydrogel produit par une Myxine glutinosa.
[0058] Les filaments intermédiaires d’un hydrogel produit par un poisson de la famille des Myxinidae peuvent être soumis à une étape d’étirement pour transformer au moins une partie des hélices a des protéines de filaments intermédiaires en feuillets |3 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.
[0059] Le matériau mis en œuvre dans un procédé tel que décrit ici peut être déshydraté.
[0060] 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.
[0061] 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.
[0062] 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.
[0063] Un matériau activé est conducteur d’ions hydroniums.
[0064] Par « ion hydronium », on entend désigner le cation H3CL issu de la protonation d’une molécule d’eau.
[0065] 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.
[0066] Un matériau activé tel que décrit ici peut comprendre au moins un matériau additionnel électriquement conducteur.
[0067] Un matériau additionnel électriquement conducteur peut être une fibre de carbone, une fibre métallique, des polymères conjugués, ou des nanoparticules.
[0068] Un matériau activé tel que décrit peut être configuré sous forme d’un textile tissé ou non-tissé.
[0069] 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.
[0070] 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.
[0071] Selon un autre de ses aspects, la présente invention concerne un dispositif de production d’énergie électrique comprenant :
[0072] (a) au moins un matériau activé tel que défini ici, en particulier obtenu par un procédé tel que défini ici,
[0073] (b) au moins une paire d’électrodes comprenant une première électrode et une seconde électrode, lesdites électrodes étant électriquement connectées audit matériau,
[0074] ledit matériau étant destiné à, ou configuré pour, être exposé au moins partiellement, à une atmosphère environnante humide. [0075] 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.
[0076] 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.
[0077] 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.
[0078] 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 :
[0079] a) connecter électriquement un dispositif, tel que décrit ici, à un appareil électrique ou électronique destiné à être alimenté en énergie électrique, et
[0080] b) exposer, au moins partiellement, ledit matériau à une atmosphère environnante humide.
[0081] 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.
[0082] 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.
[0083] Selon un autre de ses aspects, la présente invention concerne un capteur d’humidité comprenant au moins un dispositif, tel que décrit ici. [0084] 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.
[0085] Selon un autre de ses aspects, la présente invention concerne un chargeur électrique comprenant au moins un dispositif, tel que décrit ici.
[0086] Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d’autres aspects de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante.
Brève description des dessins
[0087] [Fig 1] représente (A) un schéma du dispositif permettant l’activation électrochimique d’un film de fibres amyloïdes et de protéines glycosylées composé de mucines et de protéines de filaments intermédiaires (film de mucine) et obtenu par déshydratation d’un hydrogel sécrété par une myxine, le film de mucine étant connecté électriquement à deux électrodes reliés à une source d’énergie électrique, et l’ensemble étant disposé sur un support ; et (B) un schéma de l’enceinte comprenant le dispositif, l’enceinte étant un ballon tricol obturé par des bouchons hermétiques permettant d’assurer la connexion électriques des électrodes et la mise sous atmosphère neutre (N2) du dispositif, la vapeur d’eau de l’atmosphère étant obtenue avec une solution saturée de KC1. Les caractérisations électroniques des films de mucine ont été réalisées avec un potentiostat Biologie SP-200 équipé d’une sonde bas courant. Le contrôle de l’humidité a été réalisé avec une solution saturée de KC1 et d’un capteur d’humidité Sensirion.
[0088] [Fig 2] représente (A) les courbes I-V entre 0 V et 3 V à 5 mV/s sous azote (N2) et humidité relative (RH) 85 % juste après le dégazage (ligne discontinue) et après 2h à 3V vs Eref (ligne pointillée) ; (B) les courbes de chronoampérométrie à 3V vs Eref sur le film de mucine à HR 85% et sous N2 : (ligne continue) tension appliquée, (ligne discontinue) courant mesuré ; et (C) les courbes de chronoampérométrie à 0 V vs Eoc sur le film de mucine à HR 85% et sous N2 : (ligne continue) tension (Eoc) mesurée, (ligne discontinue) courant mesuré. La valeur de l’Eoc pendant le dégazage est également montrée.
[0089] [Fig 3] représente (A) l’évolution de la tension aux bornes du film de mucine en circuit ouvert avant la charge du condensateur et Influence du sens de branchement sur les électrodes démontrant une polarisation du film de mucine ; et (B) la charge d’un condensateur de capacité 470 pF et tension 16 V. [0090] [Fig 4] représente (A) une courbe de puissance typique obtenue pour un film de mucus de myxine activé électrochimiquement et (B) une courbe de décharge dans une résistance de 31 kOhms qui correspond à la charge permettant de délivrer le maximum de puissance.
Description détaillée
Définitions
[0091] 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.
[0092] 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.
[0093] 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. [0094] 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.
[0095] Toutes les publications et autres références mentionnées dans la description sont incorporées par référence dans leur intégralité.
[0096] 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.
[0097] 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.
[0098] 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).
[0099] 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.
[0100] 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. [0101] 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
[0102] 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 ».
Fibres amyloïdes
[0103] Par « fibre amyloïde », on entend désigner une fibre comprenant des protéines structurées en feuillets |3 et qui s’organisent en fibres. La fibre peut être constituée entièrement de protéines structurées en feuillets J3, ou être essentiellement constituée de protéines structurées en feuillets J3, i.e. en quantité suffisante pour conférer à la fibre les propriétés d’une fibre amyloïde.
[0104] Les fibres amyloïdes convenant à l’invention sont conductrices d’ions hydronium.
[0105] Selon un mode de réalisation les fibres amyloïdes peuvent être préparées à partir de filaments intermédiaires.
[0106] 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 les Myxinidae.
[0107] 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 les Myxinidae. [0108] Les filaments intermédiaires partagent une architecture commune caractérisée par un domaine central a-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 (Boni et al., ACS Appl Mater Interfaces. 2018 ; 10(47) :40460-40473), ainsi qu’une très forte propriété d’hydratation.
[0109] Les filaments intermédiaires sont composés de protéines riches en hélices a susceptibles d’être converties en feuillets |3 lorsqu’ils sont soumis à des déformations mécaniques tels que des étirements (Litvinov et al., Biophys J. 2012 ; 103(5) : 1020-1027).
[0110] Un filament intermédiaire convenant à l’invention est un filament comprenant des domaines en hélices a d’une longueur au moins supérieure à 3.8 nm.
[0111] 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 a des protéines constituant les filaments intermédiaires en feuillets |3. La conversion des hélices a en feuillets |3 peut être mesurée ou suivie par spectroscopie FITR (spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier) ou par colorimétrie avec le colorant Rouge Congo (Litvinov et al., Biophys J. 2012 ; 103(5) :1020- 1027 ; Fudge et al., Biophys J. 2003 ;85(3) :2015-2027).
[0112] A titre d’exemple de filaments intermédiaires convenant à l’invention, on peut citer les filaments intermédiaires composés de protéines choisies parmi F oc-kératine, la lamine, la vimentine, la desmine, la périphérine, la syncoiline, F oc-internexin, le neurofilament, la synemine, les kératines de fils (« threads keratins ») a, |3 et y, par exemple issues du mucus défensif produite par les Myxinidae, les variants de ces protéines, et leurs mélanges.
[0113] Selon un mode de réalisation, les filaments intermédiaires convenant à l’invention peuvent être composés des protéines kératines de fils (« threads keratins ») a, |3 et y, et leurs mélanges. Les protéines kératines de fils a, |3 et y, et leurs mélanges peuvent provenir du mucus défensif produit par les Myxinidae
[0114] Les filaments intermédiaires peuvent être associés entre eux en fibres ou en fils.
[0115] Les fibres ou fils de filaments intermédiaires peuvent présenter un diamètre variant d’environ 0.5 à environ 5 pm, ou d’environ 1 à environ 3 pm, ou d’environ 1.5 à environ 2 pm. [0116] 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.
[0117] 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.
[0118] À titre d’exemple, des filaments intermédiaires peuvent être obtenus de manière recombinante selon le procédé décrit par Oliveira et al. Microb Biotechnol. 2021 ; 14(5) :1976- 1989) ou dans les demandes US 2019/0002529 Al, ou US 2005/0034280 AL
[0119] A titre d’exemple, des filaments intermédiaires peuvent être préparés à partir du mucus ou hydrogel produit par les poissons de la famille des Myxinidae, 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 pm de diamètre pouvant mesurer jusqu’à environ 15 cm de long (Bôcker et al., ACS Biomater. Sci. Eng., vol. 2, no. 1, pp. 90-95, 2016).
[0120] 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) (Bôcker et al., ACS Biomater. Sci. Eng., vol. 2, no. 1, pp. 90-95, 2016).
[0121] Les filaments intermédiaires de myxine comprennent trois protéines de kératine fils (« threads keratins ») (TK) (a, P et y). 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. TKa est un homologue de la kératine de type II et TKy 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 (Boni et al., ACS Appl Mater Interfaces . 2018 ;10(47) :40460-40473).
[0122] Les filaments intermédiaires d’un hydrogel d’un poisson de la famille des Myxinidae peuvent 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.
Protéines glycosylées
[0123] Selon un mode de réalisation, un matériau convenant à l’invention comprend des protéines glycosylées.
[0124] Une protéine glycosylée est une protéine sur laquelle sont greffées des groupements sucres (ou glycosylés). 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.
[0125] Les protéines glycosylées convenant à l’invention sont des protéines glycosylées aptes à former un hydrogel en présence d’une phase aqueuse.
[0126] 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.
[0127] Des protéines glycosylées convenant à l’invention peuvent être des mucines.
[0128] 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.
[0129] 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.
[0130] 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.
[0131] 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 des Myxinidae. [0132] Selon un mode de réalisation, des protéines glycosylées convenant à l’invention peuvent être des mucines de poissons de la famille des Myxinidae, par exemple de Myxine glutinosa.
[0133] 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.
[0134] À titre d’exemple, des mucines peuvent être obtenues de manière recombinante selon le procédé décrit par Shurer et al. (Biotechnol Bioeng. 2019 ;116(6) : 1292-1303. Doi : 10.1002/bit.26940) ou dans les demandes US 2012/0165272 Al, ou US 2021/0246176 Al.
[0135] A titre d’exemple, des mucines peuvent être préparées à partir du mucus ou hydrogel produit par les poissons de la famille des Myxinidae, tel que la myxine.
[0136] Les mucines de poissons de la famille des Myxinidae, 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
[0137] 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.
[0138] 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.
[0139] Les protéines recombinantes peuvent être obtenues par expression hétérologue dans une cellule hôte, par exemple Escherichia coli ou 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.
[0140] 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 des Myxinidae, et notamment des sous-familles Myxininae et Eptatretinae . [0141] Selon un mode de réalisation, un matériau activable par un procédé électrochimique 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 des Myxinidae, et notamment des sous- familles Myxininae et Eptatretinae . Le poisson peut être choisi parmi les poissons du genre Myxine, Nemamyxine, Neomyxine, Notomyxine Eptatretus, Eleptatretus ou Rubicundus.
[0142] [0140] Un matériau convenant à l’invention peut être obtenu à partir d’un poisson choisi parmi Myxine 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, et Eptatretus wisneri.
[0143] Selon un mode de réalisation, un matériau convenant à l’invention peut être obtenu à partir du poisson Myxine glutinosa.
[0144] 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 des Myxinidae.
[0145] Selon un mode de réalisation, un hydrogel obtenu d’un poisson de la famille des Myxinidae peut être soumis à une étape de déformation mécanique, notamment d’étirement, afin de permettre la conversion des hélices a des protéines des filaments intermédiaires en feuillets p. 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 des Myxinidae ou en utilisant un dispositif permettant d’étirer l’hydrogel.
[0146] Un procédé de déformation mécanique convenant à la conversion les hélices a des protéines des filaments intermédiaires en feuilles peut comprendre une étape d’étirement. [0147] L’étirement peut être obtenu par traction manuelle.
[0148] Alternativement, l’étirement peut être obtenu au moyen d’un dispositif mécanique, par exemple une extrudeuse, une cardeuse, ou un métier à tisser.
[0149] La force d’étirement permettant la conversion les hélices a des protéines des filaments intermédiaires en feuilles |3 est adapté par l’homme de l’art de sorte à obtenir la conversion recherchée sans rupture du matériau. La conversion des hélices a en feuillets |3 peut être déterminée par toute méthode connue dans le domaine, par exemple comme décrit par Litvinov et al. (Biophys J. 2012 ; 103(5) : 1020-1027) ou Fudge et al. (Biophys J. 2003 ;85(3) :2015-2027).
[0150] Une force d’étirement convenant à la conversion les hélices a des protéines des filaments intermédiaires en feuillets |3 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.
[0151] L’étape de déformation mécanique peut être exercée sur un matériau déshydraté.
[0152] 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 des Myxinidae et des fibres amyloïdes, par exemple sous forme de filaments intermédiaires, par exemple issus de poissons de la famille des Myxinidae. Les filaments intermédiaires sont étirés.
[0153] 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.
[0154] Selon un mode de réalisation, un matériau convenant à l’invention peut être déshydraté.
[0155] 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.
[0156] 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 [0157] 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.
[0158] 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.
[0159] Selon un mode de réalisation, après collecte à partir d’un poisson de la famille des Myxinidae, 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.
[0160] Selon un autre de mode de réalisation, après séchage partiel, d’un hydrogel obtenu à partir d’un poisson de la famille des Myxinidae, 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.
[0161] 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.
[0162] Un hydrogel comprenant des fibres amyloïdes et des protéines glycosylées, par exemple un hydrogel obtenu d’un poisson de la famille des Myxinidae, par exemple une Myxine glutinosa, peut être déshydraté par toute méthode connue dans le domaine comme décrit ci- dessus.
[0163] 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 des Myxinidae, par exemple une Myxine 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 pm, par exemple d’environ 50 à environ 600 pm, ou encore par exemple d’environ 100 à environ 500 pm.
[0164] 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. [0165] Un support pour étaler un hydrogel en film peut être par exemple du papier sulfurisé ou composé de TEFLON®.
[0166] 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.
[0167] 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.
[0168] Un matériau activé tel que décrit ici peut comprendre au moins matériau additionnel électriquement conducteur.
[0169] 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.
[0170] 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.
[0171] 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.
[0172] Un matériau convenant à l’invention peut être mis en forme de films, de fibres ou de fils.
[0173] La mise en forme de film d’un matériau peut être obtenu par déshydratation d’un hydrogel obtenu d’un poisson de la famille des Myxinidae.
[0174] 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.
[0175] 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. [0176] 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.
[0177] 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.
[0178] 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.
[0179] Tout procédé de préparation de textiles tissés ou non-tissés peut être mis en œuvre.
Procédé d’activation électrochimique
[0180] 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 :
[0181] (a) mettre en contact au moins une partie dudit matériau à une vapeur d’eau,
[0182] (b) électrolyser au moins une partie de la vapeur d’eau en contact avec ledit matériau, et
[0183] (c) obtenir un matériau activé.
[0184] L’étape (b) est réalisée en exposant le matériau à une différence de potentiel électrique.
[0185] 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.
[0186] La différence de potentiel électrique peut être appliquée au moyen de deux électrodes connectées électriquement au matériau.
[0187] 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.
[0188] 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.
[0189] 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.
[0190] 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.
[0191] 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.
[0192] La différence de potentiel électrique peut être fixe ou variable.
[0193] 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.
[0194] 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.
[0195] 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.
[0196] Par exemple, une différence de potentiel électrique variable peut s’étendre sur un intervalle allant d’environ 1.23 V à environ 3 V. [0197] 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.
[0198] 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 V v.s Eoc.
[0199] 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.
[0200] 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.
[0201] 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.
[0202] 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%.
[0203] 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%.
[0204] 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 KC1.
[0205] L’humidité relative d’une atmosphère peut être mesurée par toutes méthodes connues, par exemple au moyen d’un hygromètre. [0206] 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.
[0207] 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.
[0208] 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.
[0209] 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.
[0210] 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.
[0211] 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 a en feuillets |3.
[0212] 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 :
[0213] (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 a, [0214] (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 a des protéines des filaments intermédiaires en feuillets P (fibres amyloïdes),
[0215] (iii) déshydrater au moins partiellement le matériau obtenu à l’étape (ii),
[0216] (iv) mettre en contact au moins une partie du matériau obtenu à l’étape (iii) à une vapeur d’eau,
[0217] (v) électrolyser au moins une partie de la vapeur d’eau en contact avec ledit matériau, et
[0218] (vi) obtenir un matériau activé.
[0219] Selon un mode de réalisation, un procédé de préparation d’un matériau activé par activation électrochimique,
[0220] 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 P (fibres amyloïdes) issus de tout ou partie de la conversion des hélices a desdites protéines,
[0221] et le procédé comprenant au moins les étapes consistant à :
[0222] (i) déshydrater au moins partiellement le matériau,
[0223] (ii) mettre en contact au moins une partie du matériau obtenu à l’étape (i) à une vapeur d’eau,
[0224] (iii) électrolyser au moins une partie de la vapeur d’eau en contact avec ledit matériau, et
[0225] (iv) obtenir un matériau activé.
[0226] 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.
[0227] Un matériau activé obtenu à l’issu d’un procédé d’activation électrochimique décrit ici est conducteur d’ions hydronium.
Utilisations d’un matériau activé [0228] 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.
[0229] 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.
[0230] 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.
[0231] 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.
[0232] 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.
[0233] Un matériau activé, tel que décrit ici, peut être mis en œuvre dans un dispositif de production d’énergie électrique.
[0234] Un dispositif de production d’énergie électrique peut comprendre :
[0235] (a) au moins un matériau activé tel que décrit ici,
[0236] (b) au moins une paire d’électrodes comprenant une première électrode et une seconde électrode, lesdites électrodes étant électriquement connectées audit matériau,
[0237] ledit matériau étant destiné à être exposé (mis en contact), au moins partiellement, à une atmosphère environnante humide. [0238] 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.
[0239] 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.
[0240] 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.
[0241] Selon un mode de réalisation, un dispositif peut comprendre une pluralité de fils ou films disposés en parallèle.
[0242] Selon un autre mode de réalisation, un dispositif peut comprendre une pluralité de fils ou films disposés en série.
[0243] 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.
[0244] 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.
[0245] 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.
[0246] Une architecture en parallèle permet avantageusement une diminution de la résistance interne. [0247] 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.
[0248] 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.
[0249] 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.
[0250] La pluralité de fils ou de paires d’électrodes peut être disposée de sorte à former une configuration plane, bidimensionnelle, ou une configuration tridimensionnelle.
[0251] 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.
[0252] Un dispositif tel que décrit ici peut être un dispositif de fourniture d’énergie électrique, par exemple une batterie.
[0253] 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.
[0254] 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.
[0255] 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. [0256] 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 :
[0257] a) connecter électriquement un dispositif tel que décrit à un appareil électrique ou électronique destiné à être alimenté en énergie électrique, et
[0258] b) exposer, au moins partiellement, le matériau activé à une atmosphère environnante humide.
[0259] 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.
[0260] Un dispositif tel que décrit ici peut être préparé par un procédé comprenant en outre au moins les étapes consistant à :
[0261] - 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
[0262] - mettre en contact au moins une partie dudit matériau à une vapeur d’eau,
[0263] - électrolyser au moins une partie de la vapeur d’eau en contact avec ledit matériau, et
[0264] - obtenir un matériau activé.
[0265] 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 |3 issus de tout ou partie de la conversion des hélices a desdites protéines, et par un procédé comprenant en outre au moins les étapes consistant à :
[0266] - connecter électriquement ledit matériau avec une première et une seconde électrode d’une paire d’électrodes,
[0267] - déshydrater au moins partiellement le matériau, et [0268] - mettre en contact au moins une partie du matériau obtenu à l’étape précédente à une vapeur d’eau,
[0269] - électrolyser au moins une partie de la vapeur d’eau en contact avec ledit matériau.
[0270] Un dispositif tel que décrit ici peut être préparé par un procédé comprenant en outre au moins les étapes consistant à :
[0271] - 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 |3 issus de tout ou partie de la conversion des hélices a desdites protéines,
[0272] - connecter électriquement ledit matériau avec une première et une seconde électrode d’une paire d’électrodes,
[0273] - déshydrater au moins partiellement le matériau, et
[0274] - mettre en contact au moins une partie du matériau obtenu à l’étape précédente à une vapeur d’eau,
[0275] - électrolyser au moins une partie de la vapeur d’eau en contact avec ledit matériau.
[0276] Le matériau peut être sous forme de films, fils ou fibres.
[0277] 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.
[0278] 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.
[0279] Il est entendu que la présente description englobe toutes les variations, combinaisons et permutations dans lesquelles au moins une limitation, un élément, une clause, un terme descriptif, etc., d’au moins une des revendications est introduit dans une autre revendication dépendante de la même revendication de base (ou, le cas échéant, dans toute autre revendication), sauf indication contraire ou s’il est évident pour un homme du métier qu’une contradiction ou une incohérence surviendrait. 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. Il Convient également de comprendre que tout mode de réalisation ou tout aspect de la divulgation peut être explicitement exclu des revendications, que l’exclusion spécifique soit ou non mentionnée dans la description. Les publications et autres documents de référence mentionnés dans la description pour décrire le contexte d’invention et pour fournir des détails supplémentaires concernant sa mise en œuvre sont incorporés par référence
[0280] Sans limiter la présente description de l’invention, différents modes de réalisation de l’invention sont décrits ci-après à des fins d’illustration.
Exemples
Exemple 1 : Préparation d’un film de matériau électro-activable
[0281] 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 a en feuillets P, conférant aux filaments intermédiaires une structure et des propriétés de fibres amyloïdes. Ces fibres amyloïdes sont notamment conductrices d’ions hydronium.
[0282] 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.
[0283] 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 (Figure 1 (A)). Ce dispositif est ensuite placé dans une enceinte hermétique. Une solution de KC1 saturée est placée dans l’enceinte hermétique afin de maintenir une humidité relative (HR) de 85 % (Figure 1 (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.
[0284] La différence de potentiel électrique en circuit ouvert (Eoc) entre les deux électrodes a été enregistrée durant le dégazage (Fig. 2 (C)).
[0285] On peut constater que l’Eoc observée pendant le dégazage est instable durant les 7 premières heures. Par la suite, on peut voir une stabilisation aux environs de 10 mV. [0286] 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 (Fig. 2 (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 pA et qui correspond à l’électrolyse de l’eau puisque le potentiel électrique est supérieur à 1.23 V.
[0287] Ensuite une chronoampérométrie à 3 V vs Eref a été réalisée pendant 2h afin d’observer l’évolution du courant en fonction du temps (Fig. 2 (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 pA à 120 pA. Pendant cette étape, l’oxydation de l’eau intervient du côté anode et la réduction des protons en hydrogène du côté de la cathode.
[0288] Une nouvelle chronoampérométrie a ensuite été réalisée à 0 V vs Eoc (Fig 2 (O). Le courant et l’EOc ont été enregistrés.
[0289] Le courant observé est stable à 2.5 pA, 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.
[0290] Une seconde courbe I-V entre 0 V et 3 V à une vitesse de 5 mV/s a ensuite été réalisée (Fig. 2 (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.
[0291] Sans vouloir être soutenue par un mécanisme spécifique, les inventeurs font l’hypothèse que F 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
[0292] Le potentiel électrique en circuit ouvert a ensuite été enregistré en fonction du temps (Fig. 3 (A)). On remarque que l’Eoc est 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’Eoc devient 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).
[0293] Un condensateur chimique a été connecté aux bornes des électrodes en carbone vitreux afin de le charger grâce à l’Eoc (Fig. 3 (B)). Le condensateur utilisé est de capacité 470 pF et 16 V. Celui-ci a été chargé deux fois, avec un enregistrement de l’Eoc entre 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 (r = 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’Eoc observée pour le film de myxine. La détermination de la constante de temps de charge r du condensateur a donné une valeur de 40 s. Si l’on considère qu’un condensateur est chargé au bout de 4 r, 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 kQ.
[0294] 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. [0295] 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 %).
[0296] 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).
Exemple 4 : Courbe de puissance et courbe de décharge obtenues avec un film de mucus de myxine
[0297] Un film de mucus de myxine électrochimiquement activé a été préparé comme décrit ci-dessus. Le film a été placé dans une atmosphère humide (85% RH), et relié à une boite à décades de résistance qui permet de faire varier la résistance de charge sur plusieurs ordres de grandeur. Le potentiel (V) aux bornes de la résistance est mesuré avec un voltmètre. L’intensité du courant (pA) est obtenue avec la formule I = V/R, et la puissance électrique (pW) par la formule P = V x I.
[0298] Une courbe de puissance a été obtenue pour un film de mucus de myxine activé électrochimiquement ([Fig 4], panneau (A)).
[0299] La courbe montre qu’une résistance de 31 k est la charge permettant de délivrer le maximum de puissance.
[0300] Un film de mucus de myxine électrochimiquement activé a été préparé comme décrit ci-dessus. Le film a été placé dans une atmosphère humide (85% RH), et relié à une résistance de 31 k . Un voltmètre permet de suivre l’évolution du potentiel avec le temps.
[0301] Une courbe de décharge dans une résistance de 31 kOhms a été obtenue qui correspond à la charge permettant de délivrer le maximum de puissance ([Fig 4], panneau (B)). Liste des documents cités
[0302] Bôcker L., Rühs P. A., Boni L., Fischer P., and Kuster S., “Fiber-Enforced Hydrogels: Hagfish Slime Stabilized with Biopolymers including K-Carrageenan,” ACS Biomater. Sci. Eng., vol. 2, no. 1, pp. 90-95, 2016, doi: 10.1021/acsbiomaterials.5b00404.
[0303] Boni L, Fischer P, Bôcker L, Kuster S, Rühs PA. Hagfish slime and mucin flow properties and their implications for defense. Sci Rep. 2016;6:30371. Published 2016 Jul 27. doi:10.1038/srep30371
[0304] Boni LJ, Sanchez-Ferrer A, Widmer M, et al. Structure and Nanomechanics of Dry and Hydrated Intermediate Filament Films and Fibers Produced from Hagfish Slime Fibers. ACS Appl Mater Interfaces . 2018;10(47):40460-40473. doi:10.1021/acsami.8bl7166
[0305] Fu J, Guerette PA, Miserez A. Self-Assembly of Recombinant Hagfish Thread Keratins Amenable to a Strain-Induced a-Helix to P-Sheet Transition. Biomacromolecules. 2015 ; 16(8) :2327-2339. Doi :10.1021/acs.biomac.5b00552
[0306] Fudge DS, Gardner KH, Forsyth VT, Riekel C, Gosline JM. The mechanical properties of hydrated intermediate filaments : insights from hagfish slime threads. Biophys J. 2003 ;85(3) :2015-2027. Doi :10.1016/S0006-3495(03)74629-3
[0307] Litvinov RI, Faizullin DA, Zuev YF, Weisel JW. The a-helix to P-sheet transition in stretched and compressed hydrated fibrin clots. Biophys J. 2012 ; 103(5) : 1020-1027. Doi : 10.1016/j.bpj.2012.07.046
[0308] Oliveira PE, Chen D, Bell BE, et al. The next generation of protein super-fibres: robust recombinant production and recovery of hagfish intermediate filament proteins with fibre spinning and mechanical-structural characterizations. Microb Biotechnol. 2021;14(5):1976- 1989. doi:10.1111/1751-7915.13869
[0309] Shurer CR, Wang Y, Feeney E, et al. Stable recombinant production of codon- scrambled lubricin and mucin in human cells. Biotechnol Bioeng. 2019; 116(6): 1292-1303. doi: 10.1002/bit.26940
[0310] Stephens, G., Li, J., Wild, M. et al. An update on Earth's energy balance in light of the latest global observations. Nature Geosci 5, 691-696 (2012). https ://doi.org/ 10.1038/ngeo 1580 [0311] Tang, Q., Duan, Y., He, B., and Chen, H. (2016). Platinum Alloy Tailored All- Weather Solar Cells for Energy Harvesting from Sun and Rain. Angew. Chem. Int. Ed. 55, 14412-14416
[0312] US 2005/0034280 Al - Alpha-helical protein based materials and methods for making same
[0313] US 2012/0165272 Al - Tear Substitutes
[0314] US 2019/0002529 Al - Assembly of Intermediate Filament Proteins in to Filamentous Materials
[0315] US 2021/0246176 Al - Mucin-Binding Fusion Proteins
[0316] Wang K. and Ei J., "Electricity generation from the interaction of liquid-solid interface: a review," J. Mater. Chem. A9, 8870-8895, 2021, doi.org/10.1039/D0TA12073A
[0317] Yang, S., Su, Y„ Xu, Y„ Wu, Q„ Zhang, Y., Raschke, M.B., Ren, M„ Chen, Y„ Wang, J., Guo, W., et al. (2018). Mechanism of Electric Power Generation from Ionic Droplet Motion on Polymer Supported Graphene, J. Am. Chem. Soc. 140, 13746-13752.
[0318] Yin, J., Zhang, Z„ Li, X., Yu, J., Zhou, J., Chen, Y„ and Guo, W. (2014). Waving potential in graphene. Nat. Commun. 5, 3582.
[0319] Zhang, Z., Li, X., Yin, J. et al. Emerging hydrovoltaic technology. Nature Nanotech 13, 1109-1119 (2018). https://doi.org/10.1038/s41565-018-0228-6

Claims

REVENDICATIONS
[Revendication 1] 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.
[Revendication 2] Procédé selon la revendication 1, dans lequel la vapeur d’eau provient d’une atmosphère humide et neutre.
[Revendication 3] Procédé selon la revendication 2, dans lequel l’atmosphère humide comprenant une humidité relative variant d’au moins 60 à 100 %.
[Revendication 4] 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.
[Revendication 5] Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel les protéines glycosylées sont des mucines.
[Revendication 6] 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 des Myxinidae, en particulier à partir d’un hydrogel produit par une Myxine glutinosa.
[Revendication 7] Matériau activé comprenant des fibres amyloïdes conductrices d’ions hydronium et des protéines glycosylées et étant activé par un procédé d’activation électrochimique.
[Revendication 8] 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.
[Revendication 9] Dispositif de production d'énergie électrique comprenant :
(a) 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,
(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, au moins partiellement, à une atmosphère environnante humide. [Revendication 10] 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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