Svelare la seta di ragno per trasformare proteine liquide in fibre solide
I laboratori cercano metodi di filatura industriale per eguagliare la resistenza alla trazione di 1,5 gigapascal della natura.
Di Letizia Giugliano
3 min di letturaHuman-Edited, AI-Assisted
Tradotto automaticamente dall’originale inglese Leggi l’originale
La seta dragline naturale può sopportare una forza di trazione di 150 newton per millimetro quadrato prima di strapparsi, eguagliando l'acciaio di alta qualità con una frazione del peso. Replicare queste prestazioni attraverso un processo di produzione artificiale resta una frontiera tecnica sfuggente nella scienza dei materiali. Oggi, i team di laboratorio stanno decifrando come gli aracnidi trasformano le proteine liquide delle ghiandole in fili solidi e tenaci per il tessile e l'uso medico.
La meccanica dietro i fili biologici di qualità siderurgica
La seta di ragno raggiunge una resistenza alla trazione fino a 1,5 miliardi di pascal (GPa), conferendole una resilienza pari a quella dell'acciaio di alta qualità, secondo quanto riportato da Interesting Engineering. I ragni utilizzano questi versatili biomateriali in diverse attività specializzate, dalla tessitura di ragnatele orbicolari e il fissaggio di linee di sicurezza alla cattura delle prede e alla protezione delle uova. La combinazione di elevata elasticità, estrema tenacità, leggerezza e biodegradabilità naturale ha reso il materiale un obiettivo attraente per l'innovazione industriale, suscitando un vivo interesse da parte di ogni startup biotech focalizzata su tessuti sostenibili e applicazioni per la guarigione delle ferite.
«I ricercatori hanno prodotto molta zuppa di proteine, come fa un ragno, ma a differenza dei ragni, non sono riusciti a filare quella proteina in fili solidi su una scala rilevante per il pubblico.»
— Sarah Stellwagen, professoressa assistente alla UNC Charlotte
«Il premio ci dà l'opportunità di fare il passo successivo: fare più prove, migliorare il processo di produzione e produrre materiale sufficiente per testare filati e tessuti.»
— Anna Rising, professoressa alla Swedish University of Agricultural Sciences
Superare il collo di bottiglia della filatura in laboratorio
Allevare aracnidi su scala commerciale è impraticabile perché i ragni producono poca seta per animale e mostrano un comportamento cannibalesco quando sono affollati. Di conseguenza, i ricercatori devono sintetizzare le proteine della seta in sistemi di coltura, ma convertire quel fluido in un filo durevole pone gravi ostacoli ingegneristici. Come ha spiegato Sarah Stellwagen, professoressa assistente presso il Dipartimento di Scienze Biologiche della University of North Carolina at Charlotte, a Interesting Engineering, i laboratori hanno faticato a replicare l'assemblaggio naturale. Un ragno estrae la proteina liquida da una ghiandola interna attraverso un condotto microscopico, alterando l'ambiente chimico locale per compattare le molecole in strutture cristalline dense chiamate foglietti beta. Il polimero allineato esce dalle filiere del ragno come un filo solido continuo.
Prove su scala per filati e dispositivi biomedicali
Ricerche precedenti condotte da studiosi del King's College London e della San Diego State University hanno identificato le «etichette» molecolari responsabili di rendere le fibre di seta più resistenti dell'acciaio e più tenaci del Kevlar. Sulla base delle scoperte strutturali, i ricercatori Anna Rising e Benjamin Schmuck della Swedish University of Agricultural Sciences hanno dimostrato che le proteine della seta possono essere prodotte in volumi maggiori e a costi ridotti. Sostenuto da una sovvenzione di 200.000 EUR della H&M Foundation, il team svedese sta preparando lotti più grandi per valutare le prestazioni del filato nei tessuti commerciali. Il gruppo sta anche testando i biopolimeri risultanti per svilupparli in un dispositivo medico avanzato, avvicinando questa invenzione ingegnerizzata in laboratorio alla scala di produzione e a potenziali depositi di brevetto.
Leggi anche su The Patent: IBM collega due chip quantistici con cavi superconduttori · Dal prototipo alla distribuzione: le barriere normative e ingegneristiche nell'innovazione sanitaria
