Un team di ricercatori EMPA ha creato un nuovo notevole biomateriale che non è solo completamente biodegradabile, ma anche resistente alle lacrime e sorprendentemente versatile. Il segreto? È vivo.
Questo materiale innovativo a base di micelio combina forti proprietà meccaniche con funzioni di vita dinamiche, trasformando potenzialmente il modo in cui affrontiamo i materiali sostenibili dagli imballaggi alimentari all’elettronica.
In uno studio pubblicato in Materiali avanzatiGli scienziati del laboratorio di cellulosa e materiali in legno di EMPA hanno dimostrato come il micelio dal fungo comune a gamba divisa possa essere elaborato in film ed emulsioni funzionali senza i trattamenti chimici che in genere compromettono la sostenibilità nei biomateriali.
Il film fungino reagisce reversibilmente all’umidità e potrebbe essere usato per sensori di umidità a base biologica. Immagine: Empa
La soluzione pronta della natura
A differenza degli approcci tradizionali ai materiali fungini che spogliano i componenti viventi, questi ricercatori hanno scelto di sfruttare il sistema di vita completo. Il fungo a gamba divisa produce naturalmente una matrice extracellulare piena di utili biomolecole man mano che cresce.
“Il fungo usa questa matrice extracellulare per dare una struttura e altre proprietà funzionali. Perché non dovremmo fare lo stesso?” Spiega il ricercatore Empa Ashutosh Sinha, autore principale dello studio.
“La natura ha già sviluppato un sistema ottimizzato”, aggiunge Gustav Nyström, capo del laboratorio di cellulosa e materiali in legno, evidenziando l’eleganza dell’approccio.
Tuttavia, i ricercatori non si affidano interamente al caso. Hanno selezionato con cura una tensione specifica del fungo a gamba divisa che produce alti livelli di due preziosi composti:
- Schizophyllan – una nanofibra meno di un nanometro spesso ma più di mille volte
- Idrofobina-Una proteina simile al sapone che si riunisce alle interfacce tra diversi liquidi
Insieme, queste biomolecole naturali danno al materiale fungino proprietà eccezionali senza richiedere modifiche chimiche che riducono la biodegradabilità.
Emulsioni auto-migliora e film forti
Cosa può effettivamente fare questo materiale vivente? Lo studio ha dimostrato due impressionanti applicazioni che mostrano la sua versatilità.
In primo luogo, i ricercatori hanno creato emulsioni stabilizzate dal micelio vivente. Le emulsioni – le miscele di liquidi che normalmente non combinano, come il petrolio e l’acqua – sono comuni in alimenti, cosmetici e prodotti industriali, ma in genere richiedono stabilizzatori sintetici per prevenire la separazione.
Il micelio vivente fornisce una fornitura continua di emulsionanti naturali. “Questo è probabilmente l’unico tipo di emulsione che diventa più stabile nel tempo”, osserva Sinha. Lo studio ha mostrato che queste emulsioni viventi hanno mostrato una separazione di fase 3,6 volte più lenta rispetto alle alternative convenzionali.
Ancora più impressionanti sono stati i film sottili creati dal micelio. Questi fogli trasparenti, simili alla plastica, hanno raggiunto una resistenza alla trazione 2,5 volte superiore dopo la crescita, sostanzialmente più forti di qualsiasi materiale di micelio puro precedentemente sviluppato.
Rispondere al suo ambiente
Come potrebbero essere usati questi materiali nella vita di tutti i giorni? I materiali viventi potrebbero effettivamente essere pratici nei prodotti di consumo?
I ricercatori immaginano numerose possibilità. Poiché il materiale fungino è non tossico e commestibile, potrebbe fungere da emulsionante naturale nei prodotti alimentari e cosmetici. I film potrebbero sostituire la plastica convenzionale nelle applicazioni di imballaggio in cui è valutata la biodegradabilità.
Più intrigante, il materiale risponde a condizioni ambientali come l’umidità, l’apertura delle possibilità per le applicazioni intelligenti. Il film fungino reagisce reversibilmente all’umidità e potrebbe funzionare come un sensore di umidità biodegradabile. Il team di ricerca ha dimostrato che l’umidità potrebbe innescare modelli superidrofobici, attuazione meccanica e persino un degrado mirato di materiali lignocellulosici.
“I materiali biodegradabili reagiscono sempre al loro ambiente”, afferma Nyström. “Vogliamo trovare applicazioni in cui questa interazione non è un ostacolo ma forse anche un vantaggio.”
Il futuro dell’ingegneria fungina
Sinha prevede sacchetti compostabili che decompongono attivamente i rifiuti organici: “Invece di sacchetti di plastica compostabili, potrebbe essere utilizzato per creare sacchetti che compostano i rifiuti organici stessi”.
Il team sta inoltre sviluppando una batteria biodegradabile che combina il loro materiale vivente con precedenti ricerche su batterie fungine e di carta. “Vogliamo produrre una batteria compatta e biodegradabile i cui elettrodi consistono in una” carta fungina “vivente”, spiega Sinha.
Poiché i materiali sostenibili diventano sempre più cruciali per affrontare le sfide ambientali, questa piattaforma vivente di micelio offre un’affascinante alternativa agli approcci convenzionali. Lavorando con le soluzioni esistenti della natura piuttosto che contro di loro, questi ricercatori hanno creato un quadro promettente per materiali futuri che sono sia ad alte prestazioni che all’ambiente.
Lo studio rappresenta un’elegante intersezione dei tradizionali metodi di elaborazione delle fibre con il campo emergente dei materiali viventi. Come afferma Nyström, stanno “combinando i metodi comprovati per la lavorazione di materiali a base di fibre con il campo emergente dei materiali viventi”.
Con la sua combinazione unica di biodegradabilità, forza e reattività agli stimoli ambientali, questo materiale fungino vivente potrebbe presto crescere in applicazioni che non abbiamo ancora immaginato.
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