22 luglio 2025 08:41
Ricercatori della
Rice University e dell'University of Houston sono riusciti a trasformare la cellulosa in un materiale funzionale e molto resistente, che potrebbe competere con la plastica in alcune applicazioni.
A questo scopo hanno utilizzato una tecnica di biosintesi dinamica che allinea le fibre di cellulosa batterica, ottenendo in questo modo fogli dotati di elevate proprietà meccaniche.
Il team di ricerca è guidato da Muhammad Maksud Rahman, professore associato di ingegneria meccanica e aerospaziale presso l’Università di Houston e professore associato di scienza dei materiali e nanoingegneria alla Rice.
Il punto di partenza è la cellulosa batterica, non vegetale, prodotta naturalmente da alcuni batteri tramite un processo di fermentazione. Rispetto a quella vegetale è più pura, poiché priva di contaminanti come lignina ed emicellulosa, ha una struttura nanofibrillare più resistente e specifiche proprietà meccaniche, oltre ad essere biodegradabile.
La cellulosa batterica forma però fibre orientate in modo casuale, che ne limitano la resistenza. Sfruttando le dinamiche fluide controllate all’interno di un nuovo bioreattore, i ricercatori hanno ottenuto un allineamento in situ dei nanofibrilli di cellulosa, ottenendo fogli caratterizzati da una resistenza alla trazione che può arrivare fino a 436 megapascal.
"Abbiamo sviluppato un bioreattore rotativo in grado di orientare il movimento dei batteri produttori di cellulosa, allineandoli durante la crescita - scende in dettaglio M.A.S.R. Saadi, primo autore dello studio pubblicato su Nature Communications -. Questo allineamento migliora notevolmente le proprietà meccaniche della cellulosa microbica, generando un materiale forte quanto alcuni metalli e vetro, ma anche flessibile, pieghevole, trasparente e rispettoso dell’ambiente".
"È anche possibile integrare facilmente diversi additivi su scala nanometrica direttamente nella cellulosa batterica, rendendo possibile la personalizzazione delle proprietà del materiale per applicazioni specifiche", aggiunge Saadi.
Così, aggiungendo nanosheet di nitruro di boro durante il processo di sintesi, si è ottenuto un materiale ibrido ancora più resistente — circa 553 megapascal — con proprietà termiche migliorate, tra cui una dissipazione del calore tre volte superiore ai campioni di controllo.
Il processo, scalabile e a singolo stadio, offrirebbe - a detta dei ricercatori impegnati nel progetto - un grande potenziale per numerose applicazioni industriali, tra cui materiali strutturali, soluzioni per la gestione termica, imballaggi, tessili, elettronica sostenibile e sistemi di accumulo energetico.
"Questo lavoro è un ottimo esempio di ricerca interdisciplinare all’intersezione tra scienza dei materiali, biologia e nanoingegneria - sottolinea Rahman -. Immaginiamo che questi fogli in cellulosa batterica, resistenti, multifunzionali e sostenibili, possano diventare onnipresenti, sostituendo la plastica in vari settori e contribuendo così a ridurre l’impatto sull'ambiente".
Vedi anche: Flow-induced 2D nanomaterials intercalated aligned bacterial cellulose
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