Una supercolla subacquea dalle proteine delle cozze?


    Gli straordinari poteri delle cozze

    Alcune creature marine si lasciano trasportare dalle correnti mentre altre vivono incollate a delle superfici in maniera permanente. Le cozze sono tra quest'ultimo tipo di creature e vengono sottoposte costantemente a eventi turbolenti imprevedibili: immerse nell’acqua durante l’alta marea, esposte al sole durante la bassa marea. Per non parlare di tutte quelle onde che si infrangono in maniera violenta costantemente su di esse.

    Image - "CornishMussels" by Wilson44691 at English Wikipedia - Photograph taken by Mark A. Wilson (Department of Geology, The College of Wooster). [1]. Licensed under Public Domain via Wikimedia Commons

    Il segreto della grande forza adesiva delle cozze

    Il segreto di questa capacità è custodito nelle loro secrezioni. Il team di ricercatori del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Nanotec) di Rende (Cs), in collaborazione con i ricercatori dell’Università della Calabria e con il gruppo di ricerca di Ali Miserez della Nanyang Technological University di Singapore ha studiato per la prima volta il livello di adesività delle secrezioni delle cozze.

    La ricerca a livello internazionale

    I gruppi di ricercatori che studiano i componenti delle secrezioni delle cozze sono diversi. Uno dei pionieri in questo campo è il prof. Herbert Waite del dipartimento di biologia molecolare, cellulare e dello sviluppo dell’Università della California, Santa Barbara. Sempre in California troviamo il team del prof. Phillip B. Messersmith presso il dipartimento di scienza dei materiali, ingegneria e bioingegneria dell’Università della California, Berkeley. Un altro gruppo, guidato dal prof. Hyung Joon Cha, è attivo presso il dipartimento di ingegneria chimica della POHANG University of Science and Technology, Corea del sud.

    L'elemento chiave alla base della forza adesiva

    «Le cozze prendono una manciata di proteine, le depositano su una superficie secondo una sequenza ben precisa e le fanno interagire insieme» scrive Jonathan Wilker, chimico presso la Purdue University, Indiana, USA.

    Nello specifico le cozze utilizzano un amminoacido, chiamato 3,4-diidrossi-L-fenilalanina (L-DOPA, DihydrOxyPhenylAlanine) che agisce come fondo adesivo in grado di superare le forze repulsive dovute all’idratazione e generare una forte adesione. L’amminoacido consente ai materiali non solo di incollarsi ad altre superfici ma anche di incollarsi fra loro. L'equilibrio tra le due forze determina se una colla è efficace o meno e l’amminoacido le gestisce entrambe.

    «Si tratta di un risultato di grande rilevanza applicativa perché anche i più tenaci tra i moderni adesivi sintetici si rivelano inefficaci nel generare adesione in presenza di molecole d’acqua», spiega Bruno Zappone di Cnr-Nanotec. «Usando il Surface Force Apparatus (Sfa), in dotazione al nostro istituto, è stata misurata l’adesione che le proteine delle cozze riescono a generare tra due superfici completamente immerse in un mezzo acquoso. Il nostro studio ha rivelato che le cozze verdi asiatiche producono varie proteine secondo una sequenza di secrezione ben orchestrata. Dapprima la cozza produce una proteina 'asciugatrice' che rimuove le molecole d’acqua e successivamente si lega fortemente al substrato. Su questo primo strato superficiale di proteine viene progressivamente costruito un complesso tessuto proteico in cui ogni proteina svolge una funzione specifica (protezione dall’ambiente esterno, resistenza alle sollecitazioni meccaniche, ecc.)».

    Potenziali applicazioni

    «Sperimentare con il DOPA per tentare di progettare un nuovo adesivo è estremamente facile» sostiene Bruce P. Lee, ingegnere biomedico che dirige il laboratorio di ricerca specializzato nello sviluppo di materiali avanzati e funzionali per varie applicazioni biomediche presso la Michigan Technological University, USA. 

    La struttura del DOPA permette di sperimentare con tutta una serie di composizioni chimiche differenti, questo significa che l’amminoacido permette al materiale su cui è posizionato di attaccarsi praticamente su qualsiasi materiale, metalli, tessuti del corpo, persino il Teflon. In questo modo gli scienziati imitando la struttura dell’amminoacido sono in grado di realizzare dei prodotti chimici diversi come ad esempio: una colla biodegradabile, una colla che può essere applicata direttamente sott’acqua oppure una supercolla.

    Gli studi si stanno concentrando per realizzare una colla adatta per fini medici. «Il corpo umano contiene moltissima acqua» scrive il ricercatore, «per questo motivo utilizzando come modello la struttura del DOPA si potrebbero realizzare delle colle in grado di suturare le ferite oppure i tessuti ingegnerizzati». Inoltre la chimica alla base del DOPA è naturale e perciò le aziende che producono legname stanno mostrando interesse per una possibile colla alternativa agli adesivi convenzionali. «Quando si entra in una casa di recente costruzione, si respira una quantità enorme di formaldeide, sostanza altamente tossica» dichiara Wilker.

    Probabilmente lo sviluppo di adesivi efficaci, efficienti e soprattutto sostenibili sarà sempre più ispirato dalle strutture degli organismi viventi in una prospettiva di miglioramento della vita quotidiana delle persone.



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