I ricercatori della Rice University e dell'Università di Houston hanno presentato un nuovo metodo di produzione per un biomateriale ad alta resistenza basato sulla cellulosa batterica, che potrebbe rappresentare una valida alternativa alle plastiche petrolchimiche. Lo studio, pubblicato sulla rivista Nature Communications il 2 luglio 2025, descrive un processo di biosintesi scalabile in cui i batteri "costruiscono" la struttura del materiale sotto il controllo di un flusso di fluido, anziché in modo caotico come avviene solitamente.
Il lavoro è stato guidato da Muhammad Maqsood Rahman, professore associato presso il dipartimento di ingegneria meccanica e aerospaziale dell'Università di Houston e ricercatore presso la Rice University. L'autore principale dell'articolo è il dottorando della Rice M.A.S.R. Saadi, mentre al progetto hanno collaborato Shayam Bhakta (Rice) e un team di ingegneri e scienziati dei materiali tra cui Pulickel Ajayan, Matthew Bennett e Matteo Pasquali. Lo studio è stato finanziato da diversi enti americani, tra cui la National Science Foundation, l'Endowment for Forestry and Communities e la Welch Foundation.
Il funzionamento della tecnologia
In genere, la cellulosa batterica cresce sotto forma di una rete di nanofibre allentata e orientata in modo casuale, un fattore che ne limita la robustezza e la resistenza alle sollecitazioni. Nel nuovo approccio, i ricercatori hanno sviluppato un bioreattore rotante in cui il flusso del liquido determina la direzione del movimento dei batteri Gluconacetobacter e, di conseguenza, l'orientamento delle fibre depositate.
Grazie a un'idrodinamica controllata, gli scienziati sono riusciti a ottenere fogli densi e allineati in un'unica direzione, con un carico di rottura fino a circa 436 megapascal. In una versione ibrida, arricchita con nanofogli di nitruro di boro durante la crescita, la resistenza ha raggiunto circa 553 megapascal, con una conducibilità termica tre volte superiore alla normale cellulosa batterica. L'intero processo avviene in un'unica fase a temperatura ambiente, senza l'uso di solventi tossici o particolari condizioni di fermentazione naturale.
Sostenibilità, proprietà e potenziali applicazioni
Questa "carta-plastica" batterica rimane biodegradabile e non richiede incenerimento o processi termochimici di riciclo, a differenza della maggior parte dei polimeri sintetici. Inoltre, la tecnologia permette l'uso di terreni di coltura relativamente semplici e, in prospettiva, anche di scarti agricoli come base nutritiva per la fermentazione, favorendo l'idea di una produzione scalabile ed economica.
Gli studiosi intravedono l'applicazione del nuovo materiale in diversi settori:
- imballaggi, dove può sostituire parte delle pellicole e delle scatole di plastica monouso;
- componenti automobilistici ed edilizi, che richiedono resistenza e leggerezza;
- elementi di termoregolazione, come i componenti per il dissipamento del calore nell'elettronica;
- tessuti ed elettronica "verde", inclusi schermi flessibili e sensori;
- sistemi energetici e compositi, dove la robustezza e la resistenza al carico sono fondamentali.
Limiti e perché non si tratta di una "rivoluzione immediata"
Nonostante le prospettive incoraggianti, il materiale non è ancora pronto a scalzare completamente le plastiche tradizionali, né per volume né per costi. Per un'implementazione industriale sarà necessario:
- implementare una produzione su larga scala;
- risolvere le questioni legate alla standardizzazione e alle normative;
- dimostrare l'affidabilità a lungo termine in contesti clinici, automobilistici e industriali.
Tuttavia, il team della Rice University e dell'Università di Houston presenta questa tecnologia come una delle prime in cui la sostenibilità ambientale non richiede compromessi in termini di resistenza e stabilità. Nei prossimi anni, i ricercatori prevedono di sviluppare linee pilota in collaborazione con partner industriali e di studiare nuove varianti del materiale per settori di utilizzo specializzati.
