Scienziati della Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) ha trovato un modo per trasformare il polline, uno dei materiali più duri del regno vegetale, in un materiale morbido e flessibile, con il potenziale di fungere da "mattoni" per la progettazione di nuove categorie di materiali ecocompatibili.

Le scoperte, pubblicato in Comunicazioni sulla natura oggi, mostrano come hanno usato un semplice processo chimico simile alla produzione di sapone convenzionale per trasformare i granelli di polline dei girasoli e di altri tipi di piante in particelle di microgel morbide che rispondono a vari stimoli.

Suggeriscono che, insieme ai progressi nella stampa 3D e 4D, le particelle a base di polline risultanti potrebbero un giorno essere trasformate in una gamma di forme diverse tra cui gel polimerici, fogli di 'carta' e spugne.

Gli autori corrispondenti di questo articolo sono l'assistente professore Song Juha della School of Chemical and Biomedical Engineering, e il professor Cho Nam-Joon e il professor Subra Suresh della School of Materials Science and Engineering presso NTU Singapore.

Subra Suresh, illustre professore universitario della NTU, che è anche il presidente della NTU, ha dichiarato:"Il nostro team di ricerca NTU ha trasformato i grani di polline duri oltre i loro limiti di prestazioni naturali, e li ha convertiti in morbide particelle di microgel che alterano le loro proprietà in risposta a stimoli esterni. Ciò è promettente per un'ampia gamma di applicazioni che sono sostenibili dal punto di vista ambientale, economicamente conveniente, e praticamente scalabile."

I risultati fino ad oggi suggeriscono anche che la biocompatibilità delle particelle di microgel a base di polline, il che significa che non provoca un effetto immunologico, reazione allergica o tossica quando esposto ai tessuti del corpo, lo rende anche potenzialmente adatto per applicazioni come medicazione di ferite, protesi, ed elettronica impiantabile.

Professor Cho Nam-Joon, che detiene la cattedra della Materials Research Society di Singapore in Scienza e ingegneria dei materiali, ha dichiarato:"Sia i nostri risultati sperimentali che quelli computazionali forniscono informazioni sui meccanismi biologici di base del polline, e dimostrare come l'alterazione della struttura della parete pollinica può far gonfiare le particelle polliniche, proprio come le trasformazioni di forma che si verificano durante i processi biologici come l'arromegazia (il piegamento del grano pollinico per prevenire la perdita d'acqua) e la germinazione. I risultati mostrano anche che possiamo andare oltre i limiti prestazionali di ciò che la natura può realizzare da sola".

Polline, descritto dagli scienziati come il diamante del mondo vegetale per i suoi tratti indistruttibili, incapsula e trasporta il materiale genetico maschile di una pianta all'interno di una struttura muraria composta da due strati meccanicamente distinti:uno strato esterno resistente (esina), e uno strato interno di cellulosa morbida ed elastica (intine).

Quando rilasciato dalla parte riproduttiva maschile di un fiore, i grani di polline si disidratano e i singoli grani si ripiegano su se stessi. Al contrario, quando questi grani arrivano sulla struttura riproduttiva femminile della pianta, si idratano e germogliano, con un tubo pollinico che cresce fuori dal grano e verso la parte femminile.

Il processo di crescita del tubo pollinico è controllato da enzimi all'interno della struttura della parete pollinica che alterano l'elasticità della parete e portano a cambiamenti strutturali. Questi processi, portando a cambiamenti strutturali nella parete pollinica, ha ispirato il team NTU a tentare di rimodellare l'intera struttura muraria del polline e alterarne le proprietà del materiale, utilizzando un processo simile alla produzione di sapone convenzionale.

Grani di polline della pianta del girasole, con il loro strato appiccicoso di "cemento pollinico" a base di olio rimosso, sono stati incubati in condizioni alcaline per un massimo di 12 ore. Questo ha ammorbidito le due parti della parete pollinica, e le particelle di granello di polline si sono gonfiate e sono diventate più gelatinose. Più a lungo i grani sono stati incubati, più il materiale risultante diventava gelatinoso.

Nelle simulazioni al computer, il team ha anche scoperto che le proprietà elastiche degli strati della parete esterna e interna devono rientrare in un intervallo preciso affinché il materiale derivato dal polline mostri questo comportamento simile al gel, suggerendo che per una singola particella di polline, esiste un percorso chimico e fisico che determina se l'idratazione porta alla sua germinazione di successo.

L'assistente professore dell'NTU Song Juha ha dichiarato:"Il nostro studio ispira indagini future sulla comprensione di come la scienza dei materiali del polline potrebbe influenzare il successo riproduttivo delle piante".