Il pigmento melanina protegge la pelle umana dai dannosi raggi UV (e ci dona un'abbronzatura estiva), ed è un vero e proprio scrigno di nuovi materiali e tecnologie. Sebbene la melanina si presenti naturalmente, il complesso biopolimero può essere prodotto solo artificialmente su scala industriale attraverso processi costosi e complessi, durante il quale si perdono alcune delle proprietà del composto. Ad oggi, i processi per estrarre la melanina naturale dai microrganismi hanno rese basse. Non sorprende quindi che la melanina sia molte volte più costosa dell'oro.

I ricercatori dell'Empa hanno ora sviluppato un metodo per produrre melanina in un processo semplice e altamente scalabile. "La melanina è estremamente stabile se esposta alle influenze ambientali ed è interessante non solo come pigmento, ma anche ben oltre per lo sviluppo di materiali compositi innovativi, ", afferma il ricercatore Empa Francis Schwarze del laboratorio Empa's Cellulose &Wood Materials.

Nella loro ricerca di semplicità, processi più economici per la produzione di melanina naturale in grandi quantità, Schwarze e il suo team si sono imbattuti in un comune fungo saprofita che cresce nella foresta:l'Armillaria cepistipes. Il suo straordinario metabolismo consente al fungo di legare i metalli pesanti, fai risplendere il legno nell'oscurità, e produrre melanina su vasta scala. "Abbiamo selezionato un ceppo promettente di A. cepistipes che ci consente di produrre circa 1, 000 volte più melanina rispetto ad altri funghi, " dice Schwarze. Il trucco:A. cepistipes viene coltivato in un fluido nutritivo, e in presenza di un precursore, tirosina, rilascia melanina nell'ambiente. "In questo modo, abbiamo sviluppato un metodo di produzione sostenibile, che non richiede più le lunghe fasi di estrazione utilizzate nei precedenti processi microbiologici, " spiega il ricercatore dell'Empa. In tre mesi, A. cepistipes produce circa 20 grammi di melanina.

La produzione scalabile e sostenibile di melanina consente ora ai ricercatori dell'Empa di portare avanti progetti per lo sviluppo di materiali innovativi per una vasta gamma di applicazioni industriali. Questi includono, Per esempio, un sistema per la purificazione dell'acqua:poiché la melanina è in grado di legare i metalli pesanti, può essere utilizzato per sviluppare nuovi tipi di filtri per l'acqua. "Abbiamo integrato la melanina in polimeri artificiali come il poliuretano, " spiega il ricercatore dell'Empa Anh Tran-Ly. Utilizzando l'elettrofilatura, la miscela polimerica è stata filata in fibre ultrafini per formare membrane. Il team dell'Empa ha scoperto che queste membrane composite a base di melanina possono rimuovere fino al 94% di piombo dall'acqua inquinata.

Nero come l'ebano

In natura, i funghi usano la melanina per proteggersi da altri organismi che competono per i nutrienti e lo spazio nell'ambiente. Con la nuova tecnologia, il pigmento ora può essere utilizzato anche per proteggere comunità molto più grandi dall'influenza umana:la melanina può essere utilizzata per conservare le foreste tropicali dove cresce l'ebano molto pregiato e molto ricercato.

Il legno di ebano tropicale è particolarmente prezioso per il suo colore scuro unico. Un metodo sostenibile che migliori il legno di abete rosso norvegese in un prodotto visivamente equivalente potrebbe preservare le foreste tropicali vulnerabili. "Quando il legno di abete è impregnato di una sospensione di melanina, un profondo, si possono produrre legni scuri paragonabili all'ebano, ", afferma il ricercatore dell'Empa Tine Kalac.

Usare la melanina per preservare strumenti musicali rari

Poiché i funghi Armillaria usano la melanina come arma contro i concorrenti, è logico usare la melanina per proteggere il legno dai funghi. Per sviluppare un preservante del legno a base di melanina, I ricercatori Empa partecipano a un progetto interdisciplinare lanciato di recente e sostenuto da Innosuisse, l'Agenzia svizzera per l'innovazione. L'obiettivo è quello di ricostruire uno storico strumento a fiato, il serpentino (in inglese:piccolo serpente).

Insieme all'Università di Scienze e Arti applicate della Svizzera nordoccidentale e al Museo storico di Basilea, il partner industriale del progetto è la società SBerger Serpents di Le Bois (JU), che è responsabile dell'attuazione pratica del progetto di ricerca, la ricostruzione dello strumento. Il fondatore dell'azienda Stephan Berger è entusiasta della rinascita di questo raro strumento:"Il serpentino veniva usato più di 400 anni fa, e fu il padrino di strumenti moderni come il sassofono e la tuba, " spiega. Sebbene sia una sfida tecnica per i musicisti padroneggiare lo strumento, il suono è incomparabile, dice Berger. "Il serpentino crea suoni ricchi di sfumature e profondamente toccanti." Originariamente, lo strumento a fiato veniva utilizzato nelle chiese per sostenere il canto perché copre i registri della voce umana e può quindi "portare" un coro.

Sebbene la tendenza odierna verso prestazioni storicamente informate significhi che il serpentino è molto richiesto, Berger non è in grado di fornire strumenti ai propri clienti:gli strumenti originali dalla particolare curvatura sono diventati rari. Perché lo strumento a forma di serpente, che è fatto di legno di noce, non solo crea un suono incomparabile, la condensa del respiro dei musicisti crea un microclima umido che fornisce condizioni eccellenti per la crescita di tutti i tipi di microrganismi. Così, le condizioni per batteri e funghi sono favorevoli alla decomposizione degli strumenti secolari, distruggendo gradualmente gli ultimi esemplari originali.

Le repliche fedeli di serpentino del progetto di ricerca devono essere protette da questo danno. È qui che entra in gioco la melanina di Empa:"Se possiamo usare un preservante del legno a base di melanina, non solo i serpentini di nuova costruzione possono essere protetti dal degrado, " dice Berger. Altri strumenti a fiato costruiti oggi utilizzando strumenti domestici, anche i legni meno resistenti potrebbero trarre vantaggio da un trattamento del legno così rispettoso dell'ambiente. Così, la collaborazione con il team Empa è entusiasmante in più di un modo.