Films bio HAp@Cell conçus à partir de ressources locales impliquant des mécanismes moléculaires d'adsorption des colorants et d'activité antibactérienne

Transformer des minéraux locaux et du coton en films nettoyants intelligents

Les colorants industriels et les micro-organismes nuisibles constituent deux menaces persistantes pour l'eau potable et la santé humaine, en particulier autour des tanneries, des usines textiles et des hôpitaux. Cette étude montre comment des ressources courantes du Maroc — le minerai de phosphate et les déchets de coton — peuvent être transformées en films minces et flexibles qui, à la fois, éliminent des colorants intenses de l'eau et tuent des bactéries pathogènes. Le résultat est un matériau peu coûteux et réutilisable qui relie fabrication propre, lutte contre la pollution et prévention des infections au sein d’une même feuille « bio-film ».

Ingrédients simples, fabrication douce

Les chercheurs sont partis de deux matériaux largement disponibles. Le minerai de phosphate naturel a été transformé en hydroxyapatite, un minéral de phosphate de calcium analogue à la partie inorganique de l'os humain. Les fibres de coton brutes, représentant des déchets agricoles, ont été nettoyées et blanchies pour obtenir une cellulose presque pure, le polymère naturel le plus abondant. Au lieu d'utiliser des solvants organiques agressifs ou des températures élevées, l'équipe a employé un mélange aqueux froid contenant du sel et de l'urée pour dissoudre la cellulose, puis a incorporé une poudre fine d'hydroxyapatite. En ajustant le ratio entre les deux, ils ont coulé des films lisses et minces et les ont séchés en dessous de 100 °C, créant des feuilles sans solvants et éco-conçues prêtes à être testées.

À l'intérieur du film : un réseau poreux et actif

Pour comprendre la structure interne de ces films, l'équipe a utilisé un ensemble d'outils de caractérisation et d'imagerie. La diffraction des rayons X a confirmé que l'hydroxyapatite conservait sa structure cristalline mais était fragmentée en particules très fines lorsqu'elle était piégée dans le réseau de cellulose. Les images de microscopie ont révélé que la cellulose pure forme des surfaces relativement lisses et compactes, tandis que l'hydroxyapatite pure s'agglomère en grains friables et faibles. En revanche, les films mixtes présentaient un paysage plus rugueux et poreux, avec des particules d'hydroxyapatite bien dispersées parmi les brins de cellulose, en particulier pour la composition optimisée nommée PC5. Cette architecture rugueuse à l'échelle nanométrique augmente fortement la surface spécifique et expose de nombreux groupes chimiques susceptibles d'interagir avec les polluants et les micro-organismes.

Éliminer les colorants bleus d'eaux réelles et modèles

Les films ont ensuite été testés avec deux types de colorants bleus : le bleu de méthylène, un colorant de référence courant, et l'indigo naturel prélevé dans des bains de tannage traditionnels de Fès. Lorsque de petits disques de film ont été immergés dans des solutions colorées, le film optimisé PC5 a retiré jusqu'à environ 85 milligrammes de bleu de méthylène par gramme de matériau et a éliminé près de 95 % de l'indigo de l'eau en une demi-heure. L'analyse détaillée a montré que les molécules de colorant se précipitent d'abord vers la surface du film puis forment des couches multiples, s'attachant par un mélange d'attractions : charges opposées entre les colorants chargés positivement et les groupes phosphate chargés négativement, liaisons hydrogène avec les groupes hydroxyle de surface, et interactions d'empilement avec les cycles glucidiques de la cellulose. Les modèles mathématiques appliqués aux données ont révélé qu'il ne s'agit pas d'une simple adhésion faible et réversible : le processus se comporte comme une liaison plus forte, dictée chimiquement, et la surface irrégulière du film offre de nombreux types de sites différents.

Arrêter les bactéries net

Outre l'élimination des couleurs, ces mêmes films ont fortement inhibé la croissance de deux bactéries clés : Staphylococcus aureus, souvent associé aux infections de plaies, et Escherichia coli, indicateur courant de contamination fécale. Les disques de cellulose pure n'ont montré aucun effet protecteur, tandis que l'hydroxyapatite pure a créé des zones d'inhibition modestes autour d'elle sur des boîtes ensemencées. Dans le composite le plus performant, ces zones d'inhibition ont atteint environ 25 millimètres pour S. aureus et 20 millimètres pour E. coli. Les chercheurs attribuent cet effet à une combinaison de contact direct et de libération contrôlée d'ions calcium et phosphate provenant des petites particules minérales. Ces ions perturbent les membranes externes des bactéries et déséquilibrent leur homéostasie interne, tandis que la surface chargée du film aide à attirer les cellules en contact étroit où les dommages sont les plus efficaces.

Durables, réutilisables et prêts pour l'usage réel

Les matériaux pratiques de traitement de l'eau doivent résister à plus d'un cycle d'utilisation. Ici, les films HAp@Cell ont été régénérés par lavage dans un mélange acide‑alcoolique doux puis séchage. Après cinq cycles d'élimination des colorants et de régénération, le film PC5 conservait encore plus de 85 % de sa capacité de nettoyage initiale, et son effet antibactérien restait important. Parce que les films sont fabriqués à partir de minéraux et de coton locaux, n'exigent aucun solvant organique et sont traités à des températures relativement basses, ils s'insèrent bien dans la stratégie marocaine plus large d'une économie circulaire et à faible impact. En termes simples, ce travail montre qu'un matériau simple en feuille peut à la fois estomper des colorants industriels tenaces et neutraliser des microbes nuisibles, offrant une option prometteuse et durable pour nettoyer les eaux usées et prévenir les infections en une seule étape.

Citation: Berrahou, S., Latifi, S., Saoiabi, S. et al. HAp@Cell bio-films engineered from local resources involving molecular mechanisms of dye adsorption and antibacterial activity. Sci Rep 16, 12927 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42483-2

Mots-clés: traitement des eaux usées, matériaux biosourcés, élimination des colorants, surfaces antibactériennes, films hydroxyapatite cellulose