La biofabbricazione microbica e l'elaborazione verde ispirata al patrimonio culturale offrono un percorso verso un'economia materiale circolare. Credito:Theanne Schiros/Columbia Engineering e FIT
Fin dagli albori della Rivoluzione Industriale, la produzione di abbigliamento ha intrapreso un percorso insostenibile. Come la maggior parte della produzione, i tessuti sono prodotti in modo lineare con un modello dalla culla alla tomba. Tessuti come il cotone vengono coltivati, indossati, usati e poi gettati via. L'industria tessile nel suo insieme è responsabile del 10% delle emissioni globali di carbonio, con la pelle particolarmente dannosa.
L'industria del bestiame è l'unico fattore trainante della deforestazione e la concia della pelle crea una grande quantità di inquinamento chimico. Queste sfide hanno motivato la ricerca di tessuti più sostenibili, in particolare alternative alla pelle.
Un team con un track record di collaborazione di successo può avere una risposta. I ricercatori di ingegneria biomedica della Columbia Engineering hanno recentemente annunciato di aver creato una biopelle compostabile con un ritardo di fiamma superiore e un basso impatto ambientale. La loro biopelle di nanocellulosa (MC) microbica ha un impatto cancerogeno 1.000 volte inferiore rispetto alla pelle bovina e un'impronta di carbonio significativamente inferiore rispetto alla pelle sintetica o al cotone. Il loro studio è stato pubblicato su Environmental Science:Advances .
Il team, guidato da Theanne Schiros e Helen Lu, insieme al Ph.D. Il candidato Romare Antrobus, ha lavorato insieme per diversi anni nel Materials Research Science and Engineering Center (MRSEC) della Columbia per sviluppare materiali per un'ampia gamma di applicazioni dalla biomedicina all'energia, all'elettronica e ai tessuti, ha gettato le basi per inventare questo nuovo materiale versatile.
"La nostra biopelle rappresenta una svolta non solo per i tessili, ma mostra ad altri settori come esplorare un processo di produzione sostenibile per progettare materiali rigenerativi", ha affermato Lu, professore di ingegneria biomedica e vicepresidente senior per gli affari e l'avanzamento della facoltà presso la Columbia Engineering.
Per realizzare biotessili ad alte prestazioni, il team ha sfruttato la biosintesi microbica della nanocellulosa, traendo ispirazione dalla scienza preindustriale e indigena. Schiros ha ipotizzato che un componente principale del cervello dei mammiferi utilizzato per millenni per conciare le pelli nel cuoio, la lecitina fosfatidilcolina, stabilizzerebbe l'interazione della cellulosa sia con l'acqua che con i lipidi in un'emulsione abbronzante e modificando le proprietà del materiale di MC attraverso i suoi gruppi idrofili per creare è adatto all'uso come biopelle.
Quando i ricercatori hanno utilizzato i tradizionali processi di abbronzatura del cervello e del fumo, hanno notato un aumento della resistenza alla trazione e della duttilità dell'MC, che ha incoraggiato questa linea di indagine. La loro scoperta ha portato allo sviluppo di un processo ecologico di "concia" della lecitina a base vegetale per la nanocellulosa che ha creato una biopelle resistente e compostabile.
Questo nuovo processo non solo trasformerà il futuro sviluppo tessile, ma anche la ricerca sul patrimonio culturale. Mentre le civiltà di tutto il mondo hanno creato tessuti sostenibili e durevoli sin dall'antichità, la maggior parte di queste antiche tecniche è andata perduta.
"Il nostro team sta ora collaborando con gli scienziati del Metropolitan Museum of Art per sviluppare un database di studi di conservazione per i manufatti nelle loro collezioni del patrimonio culturale e per comprendere il meccanismo alla base della concia storica del cervello e degli organi", ha affermato Schiros, professore associato di scienza dei materiali presso il Fashion Institute of Technology e ricercatore associato aggiunto nel MRSEC della Columbia.
Tornando al punto di partenza del design moderno, i ricercatori hanno creato un paio di sneakers in biopelle microbica tinte naturalmente in collaborazione con Public School NY. Le sneakers fanno parte di una mostra, Towards a Circular Society:Learning from Nature, attualmente in mostra presso la Wyss Academy for Nature dell'Università di Berna. Saranno anche esposti in una mostra separata al Museo di Belle Arti di Montreal.
Questo nuovo studio si basa sul ripensamento riuscito dei ricercatori della produzione attraverso la lente dei biomateriali e dell'economia circolare, comprese due startup nate dai loro laboratori, Algiknit, che produce biofibre a base di alghe, e Werewool, che ha creato una piattaforma per -fibre tessili rigenerative ad alte prestazioni con funzione e colore programmate dal DNA, come elasticizzate o impermeabilizzanti, fornite da proteine ingegnerizzate.
Con i loro risultati nello sfruttare il potere dei microbi e nello sviluppo di tecniche di lavorazione del verde ispirate al paleo, Lu e Schiros si aspettano che la biofabbricazione svolga un ruolo fondamentale nel facilitare la transizione verso un'economia più sostenibile. MC offre una piattaforma ingegneristica modulare per materiali rigenerativi ad alte prestazioni con varie applicazioni, dall'ingegneria dei tessuti alle batterie, all'elettronica, ai biosensori e alla bonifica dell'inquinamento, che i ricercatori stanno continuando a esplorare.
Romare Antrobus, dottorando e co-autore principale dello studio, esaminando un campione di biopelle compostabile realizzato nel laboratorio di Schiros al FIT e caratterizzato presso il laboratorio Lu. Credito:John Abbott/Columbia Engineering
Schiros ritiene che l'ampia applicabilità della loro ricerca possa essere solo una questione di tempo. Ha aggiunto che "l'approccio di biofabbricazione sviluppato qui può incentivare e accelerare un cambio di paradigma verso un'economia circolare dei materiali, fondamentale per gli obiettivi climatici globali e lo sviluppo sostenibile". + Esplora ulteriormente
