Addio plastica? Gli scienziati creano un supermateriale che supera in prestazioni vetro e metallo

Un team interdisciplinare di ricercatori della Rice University e della University of Houston ha compiuto un passo significativo nello sviluppo di materiali sostenibili ad alte prestazioni, introducendo un nuovo metodo per produrre bionanocompositi basati sulla cellulosa batterica.

Il lavoro, pubblicato su Nature Communications, rappresenta un'alternativa ecologica e altamente funzionale ai materiali plastici tradizionali. Tutto parte da un bioreattore rotante progettato per guidare attivamente l'orientamento delle nanofibrille di cellulosa durante la crescita microbica, migliorando sensibilmente le proprietà meccaniche del biopolimero.

La cellulosa batterica (BC) è una delle bioplastiche più pure e rinnovabili presenti in natura, ma la sua struttura casuale limita le performance in applicazioni strutturali e funzionali. L'approccio presentato dai ricercatori consente invece di ottenere fogli macroscopici nei quali le nanofibrille sono allineate in situ durante la biosintesi – in tempo reale, per dirla in parole povere. Questo è possibile attraverso il controllo dei flussi dinamici all'interno del bioreattore, che condizionano il comportamento delle colonie batteriche produttrici di cellulosa (come Gluconacetobacter xylinus).

Il risultato è un materiale con una resistenza alla trazione che può arrivare fino a 436 MPa, valore comparabile a quello di alcuni metalli e vetri tecnici, mantenendo però una notevole flessibilità, trasparenza e biodegradabilità.

L'integrazione, in fase di sintesi, di nanofogli di nitruro di boro (BNNS) ha ulteriormente migliorato le proprietà del materiale, portando la resistenza a 553 MPa e triplicando la capacità di dissipazione termica rispetto ai controlli.

"Abbiamo sostanzialmente creato un sistema in cui i batteri si comportano come un collettivo disciplinato, muovendosi in modo ordinato e producendo una struttura fibrillare coerente", ha spiegato M.A.S.R. Saadi, dottorando in materiali e nanoingegneria a Rice University e primo autore della pubblicazione.

Un elemento centrale di questo approccio è la possibilità di integrare additivi su scala nanometrica direttamente durante la crescita del materiale, evitando processi di post-trattamento e rendendo l'intero workflow più efficiente e personalizzabile. Si tratta, in sostanza, di un processo a singolo step e potenzialmente scalabile per applicazioni industriali.

Tra i settori applicativi identificati ci sono: packaging avanzato e compostabile, materiali strutturali leggeri e resistenti, sistemi di gestione termica passiva, substrati flessibili per elettronica green ed elettrodi per dispositivi di accumulo energetico.

Secondo il coordinatore Muhammad Maksud Rahman, professore di ingegneria meccanica e aerospaziale all'Università di Houston, "questa tecnologia potrebbe costituire la base per una nuova classe di materiali sostenibili, ad alte prestazioni, destinati a sostituire molte applicazioni attualmente dominate dalle plastiche sintetiche".