I ricercatori dell'Università di Cambridge hanno creato un film polimerico che imita le proprietà della tela di ragno, uno dei materiali più resistenti in natura.
Il nuovo materiale è resistente come molte plastiche comuni in uso oggi, e potrebbe sostituire la plastica in molti comuni prodotti per la casa. Il materiale è stato creato utilizzando un nuovo approccio per l'assemblaggio di proteine vegetali in materiali che imitano la tela di ragno a livello molecolare.
Una pellicola "verde"
Il metodo ad alta efficienza energetica, che usa ingredienti sostenibili, si traduce in una pellicola simile alla plastica, che può essere realizzata su scala industriale. Il polimero può anche essere colorato per realizzare rivestimenti resistenti all'acqua.
Il materiale è compostabile in casa, diversamente da altri tipi di bioplastiche. E infine, il materiale sviluppato da Cambridge non richiede modifiche chimiche ai suoi elementi costitutivi naturali. La tela di ragno "vegana" si degrada senza aiuti, in sicurezza, in tutti gli ambienti naturali.
Il nuovo prodotto sarà commercializzato da Xampla, una società spin-out dell'Università di Cambridge. L'azienda introdurrà una gamma di bustine e capsule monouso entro la fine dell'anno. Possono sostituire la plastica utilizzata nei prodotti di uso quotidiano come le pastiglie per lavastoviglie e le capsule di detersivo per bucato. I risultati sono riportati sulla rivista Nature Communications .
Il segreto di QUESTA tela di ragno? Le proteine vegetali
Per molti anni, il professor Tuomas Knowles del dipartimento di chimica Yusuf Hamied di Cambridge ha svolto ricerche sul comportamento delle proteine. Gran parte della sua ricerca si è concentrata su cosa succede quando le proteine "si comportano male" provocando malattie come il morbo di Alzheimer.
"Normalmente studiamo come le interazioni funzionali delle proteine ci consentono di rimanere in buona salute e come le interazioni irregolari sono implicate nell'Alzheimer", dice Knowles, che ha guidato la ricerca sulla tela di ragno. "È stata una sorpresa scoprire che il nostro studio potrebbe anche affrontare un grosso problema di sostenibilità: quello dell'inquinamento da plastica".
Come parte della loro ricerca sulle proteine, Knowles e il suo gruppo si sono interessati al motivo per cui materiali come la tela di ragno sono così forti, anche se hanno legami molecolari così deboli. "Abbiamo scoperto che una chiave che conferisce alla tela di ragno la sua forza è che i legami di idrogeno sono disposti regolarmente nello spazio e ad una densità molto elevata", ha detto Knowles.
Il coautore Dr. Marc Rodriguez Garcia, che ora è capo della ricerca e sviluppo di Xampla, ha iniziato a studiare come replicare questo regolare autoassemblaggio in altre proteine. Le proteine hanno una propensione all'auto-organizzazione molecolare e all'auto-assemblaggio, e le proteine vegetali in particolare sono abbondanti e possono essere reperite in modo sostenibile come sottoprodotti dell'industria alimentare.
"Si sa molto poco sull'autoassemblaggio delle proteine vegetali, ed è emozionante sapere che colmando questa lacuna di conoscenza possiamo trovare alternative alla plastica monouso ", dice Ayaka Kamada, la prima autrice dell'articolo.
Una tela di ragno... alla soia
I ricercatori hanno replicato con successo le strutture trovate sulla tela di ragno utilizzando l'isolato di proteine di soia, un sottoprodotto della produzione di olio di soia. È una proteina con una composizione completamente diversa.
Poiché tutte le proteine sono costituite da catene di polipeptidi, nelle giuste condizioni possiamo far sì che le proteine vegetali si autoassemblino proprio come la tela di ragno. In un ragno, la proteina della seta viene sciolta in una soluzione acquosa, che poi si assembla in una fibra immensamente forte attraverso un processo di filatura che richiede pochissima energia.
Tuomas Knowles, Cambridge University
Altri ricercatori hanno lavorato direttamente con materiali di seta come sostituto della plastica, ma sono ancora un prodotto animale. In un certo senso siamo arrivati alla 'tela di ragno vegana': lo stesso materiale, ma senza il baco e senza il ragno.
Un concentrato di tecnologia
Solitamente, le proteine vegetali come l'isolato di proteine di soia (SPI) sono scarsamente solubili in acqua. Questo rende difficile il controllo del loro autoassemblaggio in strutture ordinate. La nuova tecnica utilizza una miscela ecologica di acido acetico e acqua, combinata con ultrasuoni e alte temperature, per migliorare la solubilità dell'SPI. Questo metodo produce strutture proteiche con interazioni intermolecolari potenziate guidate dalla formazione del legame idrogeno. In una seconda fase viene poi rimosso il solvente.
La "tela di ragno vegana" ha prestazioni equivalenti a tecnopolimeri ad alte prestazioni come il polietilene a bassa densità.
Questo è il culmine di qualcosa su cui stiamo lavorando da oltre dieci anni, ovvero capire come la natura genera materiali dalle proteine. Non abbiamo deciso di risolvere una sfida di sostenibilità: eravamo motivati dalla curiosità su come creare materiali forti da interazioni deboli.
Tuomas Knowles, Cambridge University
