Un gruppo di ricercatori della Tufts University, dell’Imperial College London e della University of Michigan ha sviluppato un innovativo materiale a base di seta naturale capace di competere con compositi avanzati come Kevlar e fibra di carbonio. La novità sta soprattutto nel metodo produttivo: le fibre non vengono sciolte o ricostruite artificialmente, ma fuse direttamente tramite calore e pressione controllati, mantenendo così gran parte della struttura molecolare originaria.
Secondo il team, il nuovo materiale combina elevata resistenza meccanica, durevolezza e biocompatibilità, aprendo scenari sia per applicazioni mediche sia per future tecnologie di comunicazione.
Una nuova lavorazione che preserva la forza naturale della seta
Il processo sviluppato dai ricercatori parte dalle comuni fibre ricavate dai bozzoli dei bachi da seta già utilizzati nell’industria tessile. Dopo la rimozione della sericina, la sostanza collosa che riveste le fibre, il materiale viene allineato e sottoposto a pressatura a caldo con temperature e pressioni attentamente controllate.
A differenza di molti metodi tradizionali, qui la seta non viene dissolta nei singoli componenti proteici per poi essere ricostruita. Secondo Chunmei Li, assistant professor alla Tufts School of Engineering, questa tecnica permette di evitare la perdita della forza intrinseca delle fibre originali.
Durante il riscaldamento, le parti più mobili della struttura proteica si ammorbidiscono abbastanza da saldare le fibre tra loro, mentre le regioni cristalline responsabili di resistenza e flessibilità rimangono preservate.
Prestazioni superiori a legno e ossa
I test effettuati dal gruppo di ricerca hanno mostrato risultati particolarmente rilevanti sul fronte meccanico. Il materiale ottenuto ha infatti superato ossa e legno in termini di tenacità alla trazione, avvicinandosi alle prestazioni del Kevlar.
Non solo. I ricercatori hanno osservato anche una resistenza agli impatti balistici superiore rispetto ad alcuni compositi polimerici rinforzati con fibra di carbonio.
David Kaplan, professore di ingegneria alla Tufts University, ha spiegato che la seta si comporta come un vero materiale composito: da un lato presenta una fase amorfa più mobile, dall’altro regioni cristalline che si organizzano in strutture compatte e molto resistenti.
Il team ha identificato una finestra di lavorazione ottimale tra i 125 e i 215 gradi Celsius, con pressioni comprese tra 1.900 e 9.800 atmosfere. Temperature troppo basse producono strutture meno robuste, mentre un eccesso di calore rende il materiale fragile.
Una struttura microscopica simile al legno
Dal punto di vista microscopico, il nuovo materiale presenta una struttura gerarchica simile a quella del legno. I fasci di fibre allineate vengono infatti uniti in modo da distribuire meglio gli stress meccanici.
Secondo i ricercatori, proprio questa organizzazione interna sarebbe alla base della combinazione di resistenza, flessibilità e durabilità osservata nei test di laboratorio.
Il metodo consente inoltre di modulare le caratteristiche finali del materiale intervenendo sulle condizioni di lavorazione, rendendolo potenzialmente adattabile a diversi utilizzi industriali e biomedicali.
Possibili applicazioni mediche e impianti ossei
Uno degli aspetti più interessanti riguarda la biocompatibilità. Gli studi sugli animali hanno mostrato che il materiale provoca soltanto lievi risposte immunitarie, destinate a ridursi nel tempo.
I ricercatori hanno anche scoperto di poter controllare la velocità di degradazione del materiale modificando il livello di fusione delle fibre. Le versioni meno dense consentono alle cellule di infiltrarsi gradualmente, mentre quelle più compatte resistono più a lungo alla degradazione.
Queste caratteristiche potrebbero rendere la seta fusa adatta a dispositivi ortopedici come placche, viti e sistemi di fissaggio per fratture ossee, dove sono richieste sia resistenza meccanica sia compatibilità con il corpo umano.
Dalla medicina alle future reti 6G
La ricerca ha evidenziato anche proprietà inattese sul fronte delle telecomunicazioni. Gli scienziati della University of Michigan hanno scoperto che la seta fusa è in grado di polarizzare la radiazione terahertz.
Questa tecnologia viene già utilizzata in scanner aeroportuali, imaging medico e sistemi di rilevamento chimico, ma potrebbe assumere un ruolo ancora più importante nello sviluppo delle future reti 6G, destinate a trasmettere dati a velocità molto superiori rispetto alle attuali connessioni 5G.
Fonte: Interesting Engineering
