Un gruppo di ricercatori giapponesi ha recentemente fatto un passo significativo nella scienza dei materiali, sviluppando una ghiandola biomimetica capace di produrre seta di ragno artificiale. Questa seta riproduce fedelmente le caratteristiche di quella naturale, distinguendosi per la sua straordinaria resistenza e leggerezza. Questa innovazione potrebbe rivoluzionare l’industria tessile sostenibile e aprire nuove frontiere in campo biomedico.
La seta di ragno naturale, conosciuta per la sua incredibile resistenza, flessibilità e leggerezza, è da tempo oggetto di studio per le sue potenziali applicazioni in vari settori, inclusi quelli tessile e biomedico. La sua capacità di biodegradarsi riduce significativamente l’impatto ambientale, mentre la sua biocompatibilità la rende ideale per usi medici, come nella creazione di fili chirurgici o legamenti artificiali.
Le sfide nella produzione della seta di ragno
La produzione di seta di ragno naturale, tuttavia, comporta ostacoli notevoli. I ragni, per natura cannibali e aggressivi, non possono essere allevati in massa come i bachi da seta. Di conseguenza, la scienza si è concentrata sullo sviluppo di metodi alternativi per produrre seta artificiale, cercando di emulare le eccezionali qualità del materiale naturale.
La seta di ragno è un biopolimero complesso, formato da grandi proteine denominate spidroine, che si organizzano in strutture specifiche note come fogli beta. I ragni utilizzano un meccanismo raffinato che modifica in tempo reale la disposizione di queste sequenze proteiche, attraverso precursori chimici e forze fisiche generate dalla geometria delle ghiandole della seta.
I ricercatori del Riken Center for Sustainable Resource Science in Giappone hanno scoperto che i ragni usano ioni come il sodio e il cloro per mantenere la seta allo stato liquido, mentre fosfato e solfato favoriscono la sua solidificazione. Questi ioni creano un gradiente ionico essenziale per la formazione precisa della seta.
Innovazione tecnologica nella riproduzione della seta
Nel loro ultimo studio, pubblicato su Nature Communications, lo stesso team di ricerca ha presentato un dispositivo biomimetico che replica i processi fisico-chimici della ghiandola della seta. Questo dispositivo, una piccola scatola rettangolare dotata di una rete di canali microfluidici, imita la funzione della ghiandola della seta dei ragni, che agisce come un dispositivo microfluidico naturale. Keiji Numata, co-responsabile dello studio, ha spiegato che hanno cercato di imitare la produzione naturale della seta utilizzando tecniche microfluidiche, manipolando piccole quantità di fluidi attraverso canali stretti.
La soluzione di spidroina, iniettata in un’estremità della scatola, è esposta a cambiamenti fisico-chimici specifici, venendo “tirata” verso l’altra estremità mediante pressione negativa. Questo processo ha permesso la formazione di fibre di seta con una struttura complessa e caratteristica, simile a quella naturale.
Ali Malay del Riken Center ha sottolineato l’efficacia del sistema microfluidico, una volta ottimizzate le condizioni. Le fibre di seta si assemblano spontaneamente e rapidamente, mostrando una struttura gerarchica distintiva tipica delle fibre naturali di seta di ragno. I ricercatori mirano ora a migliorare ulteriormente il dispositivo per stabilire un processo di filatura continuo e valutare la qualità della seta artificiale prodotta, con l’obiettivo di apportare miglioramenti futuri.