Gli occhi di molti insetti, compreso il moscerino della frutta, sono ricoperti da un sottile, rivestimento trasparente composto da minuscole protuberanze con antiriflesso, proprietà antiaderenti. Un articolo pubblicato sulla rivista Natura svela i segreti di come viene realizzato questo nanorivestimento.

Gli autori, dell'Università di Ginevra (UNIGE) e dell'Università di Losanna (UNIL), insieme all'ETH di Zurigo (ETHZ), mostrano che il rivestimento consiste solo di due ingredienti:una proteina chiamata retinina e cera corneale. Questi due componenti generano automaticamente la rete regolare di protuberanze svolgendo i ruoli di attivatore e inibitore, rispettivamente, in un processo di morfogenesi modellato negli anni '50 da Alan Turing. Il team multidisciplinare è persino riuscito a riprodurre artificialmente il fenomeno mescolando retinina e cera su diversi tipi di superficie. Questo processo, che è molto economico e si basa su materiali biodegradabili, è stato utilizzato per ottenere nanorivestimenti con una morfologia simile a quella degli insetti, con funzionalità antiadesive e antiriflesso che potrebbero avere numerose applicazioni in aree diverse come le lenti a contatto, impianti medici e tessuti.

"Il nanorivestimento che ricopre la superficie degli occhi di alcuni insetti è stato scoperto alla fine degli anni '60 nelle falene, "dice Vladimir Katanaev, un professore del Dipartimento di Fisiologia e Metabolismo Cellulare della Facoltà di Medicina dell'UNIGE e ricercatore capo dello studio. "È costituito da una fitta rete di piccole sporgenze di circa 200 nanometri di diametro e diverse decine di nanometri di altezza. Ha l'effetto di ridurre la riflessione della luce".

La cornea di un insetto senza rivestimento riflette tipicamente circa il 4% della luce incidente, mentre la proporzione scende a zero negli insetti che hanno la copertura. Sebbene un miglioramento del 4% possa sembrare piccolo, è un vantaggio sufficiente, specialmente in condizioni di oscurità, essere stati selezionati durante l'evoluzione. Grazie alle sue proprietà antiaderenti, il rivestimento fornisce anche protezione fisica contro le più piccole particelle di polvere nell'aria.

Il professor Katanaev si è trasferito in questo campo di ricerca dieci anni fa. Nel 2011, lui e il suo team sono stati i primi a scoprire il nanorivestimento sugli occhi dei moscerini della frutta (Drosophila melanogaster). Questo insetto è molto più adatto alla ricerca scientifica delle falene, in particolare perché il suo genoma è stato completamente sequenziato.

Alan Turing:luce guida

Sulla base dei loro risultati preliminari, nel 2015 il professor Katanaev e i suoi colleghi hanno suggerito che il nanorivestimento fosse il risultato di un meccanismo di morfogenesi che il matematico britannico Alan Turing aveva modellato negli anni '50. Questo modello sostiene che due molecole sono organizzate automaticamente per produrre modelli in chiazze o strisce regolari. Il primo funge da attivatore, iniziando un processo in cui emerge un modello speciale e si amplifica. Ma stimola anche la seconda molecola allo stesso tempo, che agisce da inibitore e si diffonde più rapidamente. Questo modello ha permesso di spiegare i fenomeni naturali su scala macroscopica - come le macchie su un leopardo o le strisce su una zebra - e su scala microscopica ma mai ancora su scala nanoscopica.

Il ricercatore ginevrino ha ora raccolto ulteriori prove a sostegno di questa ipotesi. Grazie alle analisi biochimiche e all'uso dell'ingegneria genetica, Il professor Katanaev ei suoi colleghi sono riusciti a identificare i due componenti coinvolti nel modello reazione-diffusione sviluppato da Turing. Questo dipende da una proteina chiamata retinina e cera prodotta da diversi enzimi specializzati, di cui due individuati. La retinina svolge il ruolo di attivatore:con la sua forma inizialmente destrutturata, a contatto con la cera assume una struttura globulare e inizia a generare il disegno. La cera, d'altra parte, svolge il ruolo di inibitore. Il powerplay tra i due porta alla nascita del nano-rivestimento.

Nano-rivestimento artificiale

"Siamo poi riusciti a produrre retinina a bassissimo costo utilizzando batteri geneticamente modificati per questo scopo, " dice il professor Katanaev. "Dopo averlo purificato, lo abbiamo miscelato con diverse cere commerciali su superfici in vetro e plastica. Siamo quindi stati in grado di riprodurre il nanorivestimento molto facilmente. È simile nell'aspetto al rivestimento che si trova negli insetti e ha proprietà antiriflesso e antiaderente. Riteniamo di poter depositare questo tipo di nanorivestimento su quasi tutti i tipi di superficie, compreso il legno, carta, metallo e plastica."

I primi test hanno dimostrato che il rivestimento resiste a 20 ore di lavaggio in acqua (si danneggia facilmente con detersivi o graffi, anche se i miglioramenti tecnologici potrebbero renderlo più robusto). Le proprietà antiriflesso hanno già suscitato un certo interesse tra i produttori di lenti a contatto, mentre le proprietà antiaderenti potrebbero interessare i produttori di impianti medici. Infatti, questo tipo di rivestimento potrebbe consentire di controllare dove si agganciano le cellule umane. L'industria dispone già delle tecniche necessarie per ottenere questo risultato. Ma usano metodi duri, come laser o acidi. La soluzione del team di Ginevra ha il vantaggio di essere economica, benigno e totalmente biodegradabile.