Gli astronauti vivono e lavorano in orbita insieme a popolazioni brulicanti di microrganismi, che potrebbero rappresentare una seria minaccia per la salute e persino per l'integrità strutturale dei veicoli spaziali. Per aiutare a combattere questi clandestini invisibili, un progetto guidato dall'ESA sta sviluppando rivestimenti antimicrobici adatti all'uso all'interno delle cabine dei veicoli spaziali.

I membri dell'equipaggio sulla Stazione Spaziale Internazionale non sono soli. Un'indagine microbica delle superfici all'interno dell'avamposto orbitale ha rilevato dozzine di diverse specie di batteri e funghi, inclusi agenti patogeni dannosi come lo Staphylococcus aureus, noto per causare infezioni della pelle e delle vie respiratorie, nonché intossicazioni alimentari.

Queste popolazioni microbiche potrebbero persino far ammalare i veicoli spaziali, non solo gli astronauti. Batteri e funghi producono "biofilm", simili alla placca sui denti, che a loro volta possono offuscare e divorare metallo e vetro, nonché plastica e gomma.

Questo problema si è rivelato acuto negli ultimi giorni del predecessore della ISS, la stazione spaziale Mir, dove sono state osservate colonie microbiche in crescita su parti di tute spaziali, isolamento dei cavi e persino sui sigilli delle finestre.

"Con il sistema immunitario degli astronauti soppresso dalla microgravità, le popolazioni microbiche delle future missioni spaziali di lunga durata dovranno essere controllate rigorosamente", spiega l'ingegnere dei materiali dell'ESA Malgorzata Holynska. "Quindi la Sezione di Fisica e Chimica dei Materiali dell'ESA sta collaborando con l'Istituto Italiano di Tecnologia, IIT, per studiare materiali antimicrobici che potrebbero essere aggiunti alle superfici interne della cabina."

Il team dell'IIT ha iniziato a lavorare sull'ossido di titanio, noto anche come "titania", utilizzato ad esempio nei vetri autopulenti quaggiù sulla Terra, così come nelle superfici igieniche. Quando l'ossido di titanio viene esposto alla luce ultravioletta, scompone il vapore acqueo nell'aria in "radicali liberi dell'ossigeno", che divorano tutto ciò che è sulla superficie, comprese le membrane batteriche.

"I batteri vengono inattivati ​​dallo stress ossidativo generato da questi radicali", afferma Mirko Prato di IIT. "Questo è un vantaggio perché tutti i microrganismi sono interessati senza eccezioni, quindi non c'è alcuna possibilità che aumentiamo la resistenza batterica allo stesso modo di alcuni materiali antibatterici."

La scelta dell'ossido di titanio è stata guidata da precedenti ricerche sui rivestimenti antimicrobici per gli ospedali. Il team sta studiando il metodo per "drogare" il composto; modificando la sua ricetta per aumentare la sua sensibilità alla porzione visibile dello spettro luminoso.

"I rivestimenti antimicrobici sulla Terra utilizzano spesso l'argento, ma qui vogliamo farne a meno", aggiunge Malgorzata. "Il problema è che nell'ambiente confinato di un veicolo spaziale, l'esposizione prolungata all'argento potrebbe avere effetti negativi sulla salute degli astronauti:non vogliamo un accumulo di metalli pesanti nell'acqua di bordo, ad esempio, con l'argento solubile legato alla pelle e agli occhi irritazione, anche variazioni del colore della pelle a dosi molto elevate."

Una delle attrazioni dell'ossido di titanio come alternativa è la sua apparente stabilità a lungo termine, spiega Fabio Di Fonzo di IIT:"Ma eseguiremo l'invecchiamento artificiale dei rivestimenti per vedere come si evolvono nel tempo. E parte dei risultati del progetto lo faranno sia per vedere quali sono i prodotti di fotodegradazione che tornano nell'atmosfera dell'abitacolo una volta che i batteri si sono ossidati:ovviamente non vogliamo prodotti finali più tossici dei microbi stessi."

I test di IIT hanno ottenuto il rivestimento di ossido di titanio di successo su una varietà di superfici candidate:vetro, wafer di silicio, foglio di alluminio e persino carta tissue di qualità per camera bianca. I rivestimenti vengono applicati utilizzando vari metodi, tra cui la "deposizione fisica da vapore" e la "deposizione di strati atomici", che comportano la deposizione graduale di film sottili mediante l'esposizione a sostanze chimiche gassose, tecniche più tradizionalmente impiegate per la fabbricazione di dispositivi a semiconduttore.

"Miriamo a mantenere questo strato antimicrobico il più sottile possibile, in modo da non alterare troppo le proprietà meccaniche dei materiali sottostanti, non impedire ai tessuti di piegarsi e così via", afferma Mirko "Puntiamo a spessori da 50 a 100 nanometri , milionesimi di millimetro."

Il progetto PATINA, "Ottimizzazione dei rivestimenti antibatterici fotocatalitici" è stato proposto attraverso la piattaforma di innovazione dello spazio aperto dell'ESA, alla ricerca di nuove idee per la ricerca spaziale da qualsiasi fonte. Il progetto copre anche altri trattamenti superficiali antimicrobici, compresi i materiali super idrofobici che respingono tutta l'umidità, la reazione elettrostatica e i materiali che rilasciano biocidi.

All'ESTEC, il ricercatore dell'ESA Mengjiao Wang ha svolto attività di test sui rivestimenti, ora sostituito dal ricercatore Federica Arena.

Questo nuovo approccio antimicrobico integra la ricerca europea esistente come l'esperimento francese sulla superficie spaziale MATISS e l'esperimento tedesco Touching Surfaces che studia la crescita batterica a bordo della ISS. + Esplora ulteriormente

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