Un liquido che sfida la gravità: solleva oggetti con un semplice filo spruzzato da un ago e che si solidifica in fibra all’aria.
Dalle pagine dei fumetti ai laboratori: l’eredità di Spider-Man
Nel 1962 il fumettista Stan Lee e il disegnatore Steve Ditko presentavano un nuovo supereroe, Spiderman. Racconta le vicende di Peter Parker, un adolescente timido e introverso, che viene morso da un ragno radioattivo durante una visita a un laboratorio scientifico. Questo incidente gli conferisce straordinari poteri: forza sovrumana, agilità incredibile, la capacità di aderire a qualsiasi superficie, un “senso di ragno” che lo mette in guardia da pericoli e la capacità di produrre ragnatele che usa come liane sui grattacieli di New York, sparandole da speciali bracciali che Peter si costruisce da solo.
Sembra incredibile ma un team di ricercatrici e ricercatori della Tufts University ha sviluppato un sistema innovativo per la produzione di fibre sintetiche bio-ispirate, molto simili alle ragnatele di Spider-Man.
Non è la prima volta che la scienza si ispira ai ragni per le sue ricerche (ne avevamo parlato qui), ma questa volta i risultati sono davvero sorprendenti.
Pubblicato sulla rivista “Advanced Functional Materials”, lo studio descrive la creazione di una fibra artificiale in grado di solidificarsi rapidamente all’aria, dimostrando una notevole resistenza e adesività.
La ricetta della ragnatela: fibroina, dopamina e un tocco di chimica
La tecnologia si basa sull’utilizzo di fibroina di seta rigenerata, una proteina ricavata dai bozzoli dei bachi da seta. In presenza di solventi organici come etanolo o acetone, la fibroina subisce un processo di gelazione, dando origine a una struttura tridimensionale di molecole interconnesse. L’aggiunta di dopamina, un neurotrasmettitore noto per le sue proprietà adesive, accelera notevolmente questo processo.
La dopamina, inoltre, funziona come disidratante, eliminando l’acqua dalla soluzione di fibroina e favorendo la formazione di legami intermolecolari che conferiscono alla fibra robustezza e adesività.
Il team di ricerca ha realizzato le fibre iniettando la soluzione di fibroina e acetone attraverso un ago coassiale dotato di due canali. Dal canale centrale viene erogata la fibroina, mentre l’acetone scorre attraverso il canale esterno, avvolgendo la soluzione.
Una volta evaporato, l’acetone lascia una fibra appiccicosa, capace di aderire a quasi tutte le superfici, come legno, cartone, acciaio, plastica e pelle. Tuttavia, nonostante le sue notevoli proprietà adesive, la fibra risulta ancora fragile.
Una fibra versatile: forte, adesiva e versatile
Il team di ricercatrici e ricercatori ha ovviato a questo problema introducendo il chitosano nel liquido utilizzato per produrre le fibre. Questo composto, derivato dall’esoscheletro degli insetti, ha dimostrato di aumentare la resistenza alla trazione delle fibre di ben 200 volte. Inoltre, un ulteriore additivo è stato utilizzato per migliorare le proprietà adesive del materiale.
Grazie a questa combinazione, le fibre risultanti sono sufficientemente resistenti e appiccicose da compiere imprese notevoli, come sollevare un blocco di legno del peso di cinque grammi utilizzando un solo filo adesivo lungo appena dodici centimetri. Questo risultato evidenzia le promettenti applicazioni delle fibre rinforzate con chitosano in ambiti che richiedono forza e adesione elevate.
Il potenziale delle ragnatele artificiali: un futuro promettente
Il potenziale per utilizzare la tecnologia nello sviluppo di fibre simili alla seta dei ragni è sicuramente promettente, ma c’è ancora molta strada da fare prima di poter competere con le capacità straordinarie della natura, o di Peter Parker.
Attualmente, le ricercatrici e i ricercatori sono in grado di produrre fibre artificiali e di personalizzarle per adattarsi a specifiche esigenze meccaniche o adesive. Questo risultato è ottenuto variando il diametro degli aghi utilizzati nel processo di estrusione o regolando la composizione chimica attraverso l’aggiunta di additivi.
Tuttavia, la seta naturale prodotta dai ragni rimane ineguagliabile: è circa 1000 volte più resistente delle fibre sintetiche sviluppate finora in laboratorio.
Questa disparità mette in evidenza la complessità biochimica della seta naturale, che combina leggerezza, elasticità e forza in modi che la tecnologia attuale non riesce a replicare pienamente. Per le scienziate e gli scienziati, l’obiettivo finale è avvicinarsi a tali proprietà eccezionali, ma questo richiede ulteriori studi approfonditi sia sulla biochimica della seta dei ragni sia sull’ottimizzazione delle tecniche di produzione sintetica.
