Un éclairage durable alimenté par des protéines artificielles
Les diodes électroluminescentes blanches (WLED pour «white light-emitting diodes») sont de plus en plus utilisées dans un large éventail d’applications, de l’éclairage intérieur à focalisation douce à l’éclairage des rues, en passant par les phares des véhicules. Les WLED se composent d’une puce à haute énergie recouverte d’un phosphore inorganique, généralement une terre rare et/ou un composé toxique, qui convertit partiellement la lumière bleue en lumière jaune-orange. La combinaison de ces deux émissions donne un éclairage blanc. «L’éclairage général basé sur les WLED est la technologie d’éclairage la plus efficace dont nous disposons à ce jour», explique Rubén Costa, coordinateur du projet ARTIBLED(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), de l’université technique de Munich(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) en Allemagne.
Développement durable de la technologie LED
Cependant, l’utilisation de terres rares et de composés toxiques dans les WLED a longtemps été identifiée comme un goulot d’étranglement majeur pour le développement durable de cette technologie. Le projet ARTIBLED a été lancé pour résoudre ce problème, en mettant au point des protéines émettrices dans des revêtements polymères comme filtres de conversion vers le bas de la couleur. «Le projet comportait quatre défis majeurs», explique Rubén Costa. «Nous avons d’abord dû trouver des émetteurs organiques capables de résister aux conditions de fonctionnement, puis concevoir des échafaudages de protéines pour protéger davantage ces émetteurs organiques. Nous avons ensuite dû augmenter de manière rentable la production de colorants et de protéines, et enfin élaborer une composition protéine-polymère adaptée à des applications pratiques.» Ces objectifs ont été atteints grâce à un consortium de projet comprenant des chimistes organiques et des ingénieurs en protéines. Ces experts ont été assistés par des groupes de théorie, de bio-informatique et de spectroscopie. «L’équipe du projet a collaboré pour examiner plus de 80 émetteurs différents et 10 000 modèles de protéines afin d’obtenir deux protéines fluorescentes artificielles avec des émissions à faible et moyenne énergie», ajoute Rubén Costa. «En outre, la production à grande échelle de protéines a été mise en place avec succès.»
Deux types de protéines fluorescentes artificielles
Pour Rubén Costa, le succès d’ARTIBLED est double. «Tout d’abord, nous avons pu développer des protéines fluorescentes artificielles qui émettent dans la partie basse énergie du spectre avec des rendements quantiques de photoluminescence et une photostabilité remarquables», note-t-il. «Cette première protéine pourrait être utilisée pour la conversion des photons vers le bas à des fins médicales ou comme un nouveau type de biomarqueur.» La seconde protéine artificielle, avec une bande d’émission efficace et large à mi-énergie, pourrait servir à concevoir des filtres colorés à protéine unique pour l’émission blanche. «Généralement, cette opération nécessite plusieurs types de protéines fluorescentes ou d’émetteurs, ce qui entraîne une altération des couleurs liée aux différents taux de photoblanchiment de chaque protéine», ajoute Rubén Costa.
Éclairage, imagerie et microscopie à fluorescence
Le projet ARTIBLED a ainsi démontré que les protéines fluorescentes artificielles pouvaient servir à produire des filtres colorés peu coûteux et très efficaces pour les WLED, sans devoir recourir à des terres rares ou à des composés toxiques. Cette avancée pourrait contribuer à maintenir l’Europe à la pointe de l’innovation dans le domaine de l’éclairage. En effet, Rubén Costa entrevoit un large éventail d’utilisations potentielles pour ces matériaux protéiques stables et hautement émissifs. «Nous avons obtenu deux nouvelles familles de protéines artificielles émettrices qui pourraient présenter un grand intérêt pour la manipulation des photons», fait-il remarquer. «En outre, elles ont conservé leurs excellentes caractéristiques d’émission dans les revêtements polymères à base d’eau. Nous étudions actuellement la possibilité de les appliquer à différents éclairages, ainsi qu’à l’imagerie et à la microscopie à fluorescence.»
Mots‑clés
ARTIBLED, éclairage, protéines, LED, durable, illumination, phares, fluorescent
