Materiali copiati dalla natura: dalle ragnatele, per esempio

Le ragnatele sono un vero capolavoro di ingegneria e di chimica

Molti studi e ricerche guardano alle ragnatele per mimarne i segreti. Il risultato?Nanomateriali resistentissimi.

Di cosa sono fatte le ragnatele

Sembrerà forse strano, ma la seta prodotta dai ragni è principalmente composta da proteine.

 

In realtà ne esistono diversi tipi, non solo a seconda della specie di ragno che la produce, ma anche in base alla funzione che essa dovrà adempiere. Ad esempio, quella al centro della tela sarà maggiormente elastica e appiccicosa, quella ai lati ha una maggiore resistenza perché funge da ancoraggio per la struttura, un tipo di seta più dura è prodotta per racchiudervi le uova, e così via.

 

Chimicamente parlando, quindi, la seta di ragno è formata da fibre proteiche, ovvero lunghe catene di amminoacidi disposte nello spazio in modo peculiare, tale da formare appunto fibre. La composizione di queste fibre è stata studiata andando a identificare quali tipi di amminoacidi sono presenti e in quale quantità, scoprendo non solo che essa varia significativamente da specie a specie, ma anche nella tela prodotta dallo stesso ragno in momenti diversi e per scopi diversi.

 

Il comportamento “iperelastico”

Nel caso della seta del ragno, il suo comportamento può essere definito iperelastico.
All’inizio, si comporta linearmente: in altre parole, sottoposta a una prova di trazione la deformazione cresce proporzionalmente alla tensione.
A un certo livello di allungamento, però, inizia a irrigidirsi. E proprio questa proprietà iperelastica del filo di seta è fondamentale per rendere l’intera struttura della ragnatela estremamente robusta e capace di evitare danni estesi.
Per esempio, sotto l’impatto di un insetto che finisce tra le sue maglie si rompe solo in un punto, rimanendo integra per il resto.

Le ricerche

Questa proprietà è davvero interessante e potrebbe, ad esempio, rivelarsi la formula vincente per realizzare materiali ultraresistenti che potrebbero rivoluzionare il mondo dell’edilizia, consentendo la progettazione e la costruzione di edifici a prova di forti sollecitazioni, come attacchi terroristici o terremoti.
L’idea di nanostrutture in carbonio che possano essere utilizzate per conferire una maggiore resistenza meccanica ad altri materiali sono il risultato del progetto BIHSNaM, dedicato ai nanomateriali di ispirazione biologica e che si è conquistato la copertina di «Nature».

Altri progetti hanno investigato queste proprietà di resistenza della tela di ragno.
In un paper pubblicato su Science Advances, Ali Malay, biologo strutturale e biochimico al Riken Center for Sustainable Resource Science in Giappone, spiega come lui e il suo team sono riusciti a imitare in laboratorio il processo che dà origine alla tela di ragno, che è risultata non solo più forte dell’acciaio ma anche più resistente del Kevlar.

 

La natura ha pensato a tutto

All’Università di Padova è il prof. Michele Maggini, direttore del dipartimento di scienze chimiche dell’università di Padova, a occuparsene.

Nell’intervista che segue, curata da Anna Cortelazzo, montata da Elisa Speronello e pubblicata da IlBoLive UniPd, il professore spiega in maggior dettaglio da quali componenti è formata la tela di ragno e quali di essi determinano questa resistenza eccezionale, esplorando il processo di formazione che, a suo dire, è molto affascinante perché questa sostanza si modifica durante le varie fasi di produzione.
Prima di abbandonare il corpo del ragno questa sostanza si presenta in forma liquida e il timing di trasformazione è fondamentale: se si solidificasse troppo in fretta, il ragno andrebbe incontro a problemi di stitichezza che potrebbero portarlo addirittura alla morte. Se tutto va bene, invece, il processo continua e le componenti della tela di ragno escono dal corpo dell’animale sotto forma di fibre linearmente molto vicine.
Questo procedimento determina le caratteristiche di duttilità e resistenza che sono state rilevate sperimentalmente, ma con cui tutti noi abbiamo avuto a che fare nei tentativi, spesso ripetuti, di liberarci delle ragnatele attorno a noi.

Quali applicazioni industriali per queste ricerche?

A questo punto diventa lecito chiedersi se il mondo dell’industria può creare nuovi materiali resistenti ispirandosi proprio al processo di formazione della ragnatela e quali sono le potenzialità industriali di questo processo.
Replicare fibre così resistenti alla trazione e renderle disponibili sul mercato potrebbe, infatti, avere risvolti interessanti per la scienza dei materiali e per tutte quelle industrie che possono trarre beneficio dall’utilizzo di materiali così resistenti.

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