La seta dell'umile ragno ha alcune proprietà piuttosto impressionanti. È uno dei materiali più robusti trovati in natura, più forte dell'acciaio e più duro del Kevlar. Può essere allungato più volte prima di rompersi. Per questi motivi, replicare la seta di ragno in laboratorio è stata per decenni un'ossessione per gli scienziati dei materiali.
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Ora, i ricercatori dell'Università di Cambridge hanno creato un nuovo materiale che imita la forza, l'elasticità e la capacità di assorbire energia della seta di ragno. Questo materiale offre la possibilità di migliorare i prodotti, dai caschi da bici ai paracadute, dalle giacche antiproiettile alle ali degli aeroplani. Forse la sua proprietà più impressionante? È il 98 percento di acqua.
"I ragni sono modelli interessanti perché sono in grado di produrre queste superbe fibre di seta a temperatura ambiente utilizzando acqua come solvente", afferma Darshil Shah, ingegnere del Center for Natural Material Innovation di Cambridge. "Questo processo ragni si sono evoluti nel corso di centinaia di milioni di anni, ma finora non siamo stati in grado di copiare".
Le fibre prodotte in laboratorio sono create da un materiale chiamato idrogel, che è il 98 percento di acqua e il 2 percento di silice e cellulosa, le ultime due tenute insieme da cucurbituril, molecole che fungono da "manette". Le fibre di silice e cellulosa possono essere estratte dall'idrogel. Dopo circa 30 secondi, l'acqua evapora, lasciando solo il filo forte ed elastico.
Le fibre sono estremamente resistenti - anche se non altrettanto forti delle sete di ragno più forti - e, significativamente, possono essere prodotte a temperatura ambiente senza solventi chimici. Ciò significa che se possono essere prodotti su larga scala, hanno un vantaggio rispetto ad altre fibre sintetiche come il nylon, che richiedono temperature estremamente elevate per la filatura, rendendo la produzione tessile una delle industrie più sporche del mondo. Anche la seta artificiale del ragno è completamente biodegradabile. E poiché è realizzato con materiali comuni e facilmente accessibili - principalmente acqua, silice e cellulosa - ha il potenziale per essere accessibile.
Poiché il materiale può assorbire così tanta energia, potrebbe essere potenzialmente utilizzato come tessuto protettivo.
"I ragni hanno bisogno di quella capacità di assorbimento perché quando un uccello o una mosca colpisce la loro ragnatela, deve essere in grado di assorbire ciò, altrimenti si romperà", dice Shah. "Quindi cose come shrapnel resistente o altri indumenti militari protettivi, sarebbe un'applicazione entusiasmante."
Altre potenziali applicazioni includono tela da vela, tessuto per paracadute, materiale per mongolfiera e caschi da bici o skateboard. Il materiale è biocompatibile, il che significa che potrebbe essere utilizzato all'interno del corpo umano per cose come i punti.
Le fibre potrebbero anche essere modificate in vari modi interessanti, dice Shah. La sostituzione della cellulosa con vari polimeri potrebbe trasformare la seta in un materiale completamente diverso. Il metodo di base potrebbe essere replicato per produrre versioni a basso calore, senza solventi chimici di molti tessuti.
"È un metodo generico per rendere verdi tutte le fibre, per rendere verde qualsiasi forma di [artificiale] fibra", afferma Shah.
Shah e il suo team sono tutt'altro che gli unici scienziati a lavorare per creare seta di ragno artificiale. A differenza dei bachi da seta, che possono essere coltivati per la loro seta, i ragni sono cannibali che non tollerano gli spazi ristretti necessari per l'agricoltura, quindi rivolgersi al laboratorio è l'unico modo per ottenere quantità significative di materiale. Ogni pochi anni porta titoli di novità in questo processo. Un team tedesco ha modificato i batteri E-coli per produrre molecole di seta di ragno. Gli scienziati della Utah State University hanno allevato "capre ragno" geneticamente modificate per produrre proteine della seta nel loro latte. L'esercito americano sta testando la "seta del drago" prodotta tramite bachi da seta modificati per l'uso in giubbotti antiproiettile. All'inizio di quest'anno, i ricercatori dell'Istituto Karolinska in Svezia hanno pubblicato un documento su un nuovo metodo per utilizzare i batteri per produrre proteine della seta di ragno in modo potenzialmente sostenibile e scalabile. E questa primavera, la startup californiana Bolt Threads ha debuttato con la cravatta di seta di ragno bioingegnerizzata al festival SXSW. Il loro prodotto viene prodotto attraverso un processo di fermentazione del lievito che produce proteine della seta, che poi passano attraverso un processo di estrusione per diventare fibre. È abbastanza promettente aver generato una partnership con il produttore di patagonia per esterni.
Ma, come sottolinea una storia di Wired del 2015, "finora, ogni gruppo che ha tentato di produrre abbastanza materiale per portarlo sul mercato di massa, dai ricercatori alle società giganti, ha praticamente fallito".
Questa è la sfida che Shah e la sua squadra stanno affrontando proprio ora.
"Attualmente produciamo alcune decine di milligrammi di questi materiali e quindi estraiamo le fibre da essi", afferma. "Ma vogliamo provare a farlo su una scala molto più ampia."
Per fare ciò, il team sta lavorando su un dispositivo robotico per tirare e far girare le fibre più rapidamente e su una scala più ampia rispetto al passato. Hanno avuto un certo successo, dice Shah, e continuano ad esplorare il processo.
"Siamo ancora nelle prime fasi della ricerca", afferma.
I risultati del team sono stati recentemente pubblicati sulla rivista Proceedings of National Academy of Sciences .
