Seta, l’antico materiale del futuro

di Fiorenzo Omenetto – Sto per parlarvi di un materiale antico e al contempo nuovo che continua a stupirci, e che ci potrebbe far guardare in modo diverso alla scienza dei materiali e all’alta tecnologia; e magari, un giorno, anche essere utilizzato in medicina, per la salute e per la riforestazione. E’ un’affermazione impegnativa, ma vi dirò qualcos’altro. Questo materiale possiede delle caratteristiche che hanno dell’incredibile. La sua produzione è sostenibile; è un materiale che viene lavorato in acqua e a temperatura ambiente ed ha una biodegradabilità programmabile, così che lo si può far dissolvere istantaneamente in acqua o far rimanere stabile per anni. E’ commestibile, si può usare per impianti senza causare alcuna risposta immunitaria. Di fatto viene riassorbito dal corpo. Ed è tecnologico, infatti si può usare nella microelettronica e magari anche nella fotonica. E’ chiaro e trasparente, perché le sue componenti sono soltanto acqua e proteine.

Questo materiale è la seta. E’ diversa da come l’abbiamo sempre immaginata. La questione è: come si può reinventare qualcosa che esiste da millenni? In genere è sempre la natura ad ispirare la scoperta. E noi rimaniamo stupefatti dai bachi, il baco che fila la sua fibra. Il baco compie una trasformazione notevole: usa due ingredienti, acqua e proteine, contenute in una ghiandola, per creare un materiale duro che lo protegge molto efficacemente, alla stregua di fibre tecniche come il Kevlar. Mentre nel procedimento inverso che conosciamo, che ci è familiare, l’industria tessile prende il bozzolo, lo dipana e con la sua fibra tesse prodotti affascinanti. Ma vogliamo sapere come si passa da acqua e proteine a questo Kevlar liquido e naturale.

In particolare come si possa invertire questo processo per andare dal bozzolo alla ghiandola fino ad arrivare all’acqua e alle proteine, ossia al materiale di partenza. Questo è il lavoro iniziato circa un ventennio fa da una persona con cui ho la fortuna di collaborare, David Kaplan. Dunque prendiamo questo materiale originale che abbiamo riportato al livello di piccole unità da assemblare. Lo possiamo usare per farne cose diverse per esempio una pellicola. Traiamo vantaggio da qualcosa di molto semplice. La ricetta per fabbricare la pellicola è resa facile dal fatto che le proteine sanno bene come comportarsi. Sanno come autoassemblarsi. La ricetta è semplice: si prende la soluzione di seta, si versa e si aspetta fino a che le proteine si assemblino da sé. Poi si staccano le proteine e si ottiene questa pellicola, perché le proteine mentre evaporano si incontrano l’un l’altra.

Vi dicevo che questa pellicola è anche tecnologica. Ma cosa vuol dire? Che potete farla interagire con alcune cose tipicamente tecnologiche, come la microelettronica e la nanotecnologia. Potrebbe replicare i dati presenti sul DVD. Dei dati su un supporto fatto d’acqua e proteine.

Dunque una volta comprese le caratteristiche di questo materiale, potrete farne di tutto. Non solamente pellicole. Il materiale può assumere molteplici formati. E potete sbizzarrirvi con la creazione di componenti ottici o strisce di microprismi, come il nastro catarifrangente delle scarpe da jogging o usare delle semplici proteine per guidare la luce, e così abbiamo delle fibre ottiche.

Ma la sua versatilità permette di andare oltre l’ottica. E con forme diverse. Ad esempio, se avete paura delle iniezioni si possono usare dei microaghi. Si possono fare oggetti più grandi, come ingranaggi, dadi e bulloni, che potete acquistare in qualsiasi negozio. E gli ingranaggi funzionano anche in acqua. E provate a pensare a componenti meccaniche alternative. Forse si può usare questo Kevlar liquido se vi serve qualcosa di resistente magari per sostituire delle vene periferiche, o addirittura un osso intero. Si possono fare tazze, e se si aggiunge un po’ d’oro o dei semiconduttori, si possono fare sensori che si possono applicare sui cibi. Si possono costruire parti elettroniche che si piegano e avvolgono. O se siete modaioli, dei tatuaggi con dei LED di seta.

Come vedete c’è un’estrema versatilità di formati che la seta consente di creare. E possiede altre caratteristiche uniche.

Ma a che serve realizzare tutto questo?

L’ho accennato all’inizio; le proteine sono biodegradabili e biocompatibili. Cosa vuol dire biodegradabili e biocompatibili? Si possono impiantare nel corpo senza doverle poi rimuovere. Questo vuol dire che tutti gli oggetti che vi ho elencato potrebbero, in teoria, essere impiantati e poi essere riassorbiti. Ma la possibilità di integrazione nel corpo non è l’unica peculiarità. Anche l’integrazione nell’ambiente è importante. Dunque abbiamo un temporizzatore, delle proteine, e adesso una tazza di seta. Non come le tazze di polistirolo che purtroppo riempiono le discariche. E’ commestibile, e se gli alimenti vengono venduti in una confezione di seta, si può cucinare tutto insieme. Non ha un buon sapore, per cui servirebbe qualcosa che lo migliori.

Ma forse l’aspetto più notevole è che può tornare alla condizione originale. La seta, durante il processo di autoassemblamento, agisce come un bozzolo per il materiale biologico. Quindi se si modifica la ricetta e si aggiungono gli ingredienti – aggiunti alla soluzione di seta liquida –  ingredienti che possono essere enzimi o anticorpi o vaccini, il processo di autoassemblamento lascia inalterata la loro funzione biologica. E rende i materiali ambientalmente attivi e interattivi. E così, ad esempio, quella vite che abbiamo visto prima si può usare per fissare un osso – un osso fratturato – e al contempo rilasciare dei farmaci durante la fase di guarigione. Oppure potreste tenere i vostri medicinali nel portafoglio invece che nel frigo.

E poi un’altra peculiarità specifica di questo materiale, cioè che è biodegradabile a tempo. Questo vuol dire che si possono rilasciare farmaci in modo controllato e che è possibile la reintegrazione nell’ambiente di tutti gli apparati di seta precedentemente elencati.

Dunque nel nostro caso il filo della ricerca è proprio un filo.

Ci appassiona questa idea che qualsiasi cosa si voglia fare, dalla sostituzione di una vena o di un osso, o perseguire una migliore sostenibilità in microelettronica, o bere un caffè e gettare la tazzina senza sentirsi in colpa, portare le medicine in tasca, trasportarle nell’organismo o attraverso il deserto, la risposta a tutto stia in un filo di seta.

L’AUTORE

Fiorenzo Omenetto, dopo laurea e dottorato a Pavia, coordina un gruppo di studio in ottica non lineare in relazione a nuovi materiali alla Tufts University di Medford, USA. Il suo studio attuale riguarda l’utilizzo della seta nella creazione di film sottili, sui quali installare dispositivi ottici di nanoelettronica.