L'idea di creare materiali selettivamente porosi ha catturato l'attenzione dei chimici per decenni. Ora, una nuova ricerca della Northwestern University mostra che i funghi potrebbero aver fatto esattamente questo per milioni di anni.

Quando il laboratorio di Nathan Gianneschi ha deciso di sintetizzare la melanina che avrebbe imitato quella che è stata formata da alcuni funghi noti per abitare in modo insolito, ambienti ostili comprese le astronavi, lavastoviglie e persino Chernobyl, inizialmente non si aspettavano che i materiali si sarebbero rivelati altamente porosi, una proprietà che consente al materiale di immagazzinare e catturare molecole.

La melanina è stata trovata negli organismi viventi, sulla nostra pelle e sul retro dei nostri occhi, e come pigmenti per molti animali e piante. Svolge anche un ruolo nella protezione delle specie dai fattori di stress ambientale. Le strisce dei serpenti marini dalla testa di tartaruga si scuriscono, Per esempio, in presenza di acqua inquinata; le falene che vivono nelle aree industriali diventano nere poiché le loro cellule assorbono le tossine nella fuliggine. I ricercatori si sono chiesti se questo tipo di biomateriale potesse essere reso più spugnoso, per ottimizzare queste proprietà. E, a sua volta, se le melanine spugnose esistessero già in natura.

"La funzione della melanina non è sempre completamente nota e in tutti i casi, "Gianneschi, l'autore corrispondente dello studio, disse. "È certamente uno spazzino radicale nella pelle umana e protegge dai danni dei raggi UV. Ora, attraverso la sintesi ci siamo imbattuti in questo eccitante materiale che può benissimo esistere in natura. I funghi potrebbero rendere questo materiale per aggiungere resistenza meccanica alle loro cellule, ma è poroso, permettendo ai nutrienti di attraversare."

Lo studio sarà pubblicato venerdì, 5 marzo nel Giornale della Società Chimica Americana .

Gianneschi è Jacob and Rosaline Cohn Professor of Chemistry presso il Weinberg College of Arts and Sciences. Con appuntamenti nei dipartimenti di scienza dei materiali e ingegneria biomedica della McCormick School of Engineering, Gianneschi è anche direttore associato dell'International Institute for Nanotechnology.

La capacità di creare questo materiale in laboratorio è incoraggiante per una serie di motivi. Nei tipici materiali non porosi, le particelle si adsorbono solo superficialmente sulla superficie. Ma i materiali porosi come l'allomelanina assorbono e trattengono le tossine indesiderabili mentre lasciano cose buone come l'aria, acqua e sostanze nutritive attraverso. Ciò può consentire ai produttori di creare traspiranti, rivestimenti protettivi per uniformi.

"Sei sempre entusiasta di scoprire qualcosa che è potenzialmente utile, " disse Gianneschi. "Ma c'è anche l'idea intrigante che scoprendo questo, forse esistono già più materiali come questo in biologia. Non ci sono molti esempi in cui la sintesi chimica porta a una scoperta biologica. Molto spesso è il contrario".

Naneki McCallum, uno studente laureato ricercatore in laboratorio e primo autore della carta, aveva notato che nelle giuste condizioni, la melanina sembrava vuota, o potrebbe essere fatto per contenere quelli che sembravano vuoti al microscopio elettronico. Quando la squadra si è imbattuta nel materiale sintetico, hanno iniziato a sperimentare la porosità e la selettività dei materiali per adsorbire le molecole in quei vuoti.

In una dimostrazione chiave, Il gruppo, lavorando con i ricercatori del Laboratorio di Ricerca Navale, è stato in grado di dimostrare che la nuova melanina porosa avrebbe agito come rivestimento protettivo, impedendo ai simulanti di gas nervino di passare. Ispirato da questo risultato, hanno quindi isolato la melanina naturale dalle cellule fungine. Questo è stato fatto incidendo via biomateriale dall'interno, lasciando un guscio contenente melanina. Chiamano queste strutture "fantasmi fungini" per l'inafferrabile, qualità "Casper" della forma cava. Il materiale, derivati ​​da funghi potrebbero anche, a sua volta essere utilizzato come strato protettivo nei tessuti. Sorprendentemente, il materiale rimane traspirante, lasciando passare l'acqua, mentre intrappola le tossine.

Un altro vantaggio di questo materiale è la sua semplicità, poiché è facilmente prodotto e ridimensionato da semplici precursori molecolari. Nel futuro, potrebbe essere utilizzato per realizzare maschere protettive e schermi facciali e ha un potenziale per applicazioni nel volo spaziale a lunga distanza. I materiali di rivestimento nello spazio permetterebbero agli astronauti di immagazzinare le tossine che stanno espirando proteggendosi dalle radiazioni nocive, facendo per meno sprechi e peso.

È anche un passo verso le membrane selettive, un campo di studio molto complesso che mira a prendere composti come l'acqua e consentire il passaggio di minerali sani bloccando i metalli pesanti come il mercurio.

"I funghi possono prosperare in luoghi in cui altri organismi lottano, e hanno la melanina per aiutarli a farlo, " disse McCallum. "Allora, noi chiediamo, quali sono le proprietà che possiamo sfruttare ricreando tali materiali in laboratorio?"

Il documento è intitolato, "Allomelanina:un biopolimero di microporosità intrinseca".