I nanocompositi a base di biomassa ad alte prestazioni stanno emergendo come materiali promettenti per future applicazioni strutturali e funzionali grazie alla loro compatibilità ambientale, caratteristiche rinnovabili e sostenibili. Le nanocellulose di origine biologica (una sorta di nanofibre) ottenute dalle piante e dalla fermentazione batterica sono le materie prime più abbondanti sulla terra. Recentemente hanno attirato un'enorme attenzione a causa dei loro interessanti meriti intrinseci, tra cui la biodegradabilità, bassa densità, stabilità termica, disponibilità globale da risorse rinnovabili, così come impressionanti proprietà meccaniche. Queste caratteristiche li rendono elementi costitutivi appropriati per la filatura della prossima generazione di macrofibre avanzate per applicazioni pratiche.

Nei decenni passati, sono state perseguite varie strategie per ottenere macrofibre a base di cellulosa con una maggiore resistenza e rigidità. Però, quasi tutti sono stati raggiunti a scapito dell'allungamento e della robustezza, perché forza e tenacità si escludono sempre a vicenda per i materiali strutturali artificiali. Perciò, questo dilemma è abbastanza comune per le macrofibre a base di cellulosa precedentemente riportate, che limitava notevolmente le loro applicazioni pratiche.

In un nuovo articolo pubblicato su Rassegna scientifica nazionale , Recentemente, un gruppo di ricerca sulla bionica guidato dal Prof. Yu Shuhong dell'Università di Scienza e Tecnologia della Cina (USTC) ha cercato ispirazione per risolvere questo problema dalle strutture biologiche. Hanno scoperto che le diffuse fibre biosintetizzate, come alcune fibre vegetali, seta di ragno, e peli di animali, tutti hanno alcune caratteristiche simili. Sono entrambi forti e duri, e hanno strutture elicoidali gerarchiche su più scale di lunghezza con blocchi di costruzione fibrosi su nanoscala rigidi e resistenti incorporati in matrici morbide e dissipatrici di energia.

Ispirato da queste caratteristiche strutturali nelle fibre biosintetizzate, hanno presentato una strategia di progettazione per realizzare macrofibre a base di nanocellulosa con caratteristiche strutturali simili. Hanno usato nanofibre di cellulosa batterica come mattoni resistenti e rigidi, alginato di sodio come matrice morbida. Combinando un facile processo di filatura a umido con una successiva procedura di torsione a umido multipla, hanno ottenuto con successo macrofibre nanocomposite elicoidali gerarchiche biomimetiche, e realizzato un impressionante miglioramento della loro resistenza alla trazione, allungamento e tenacità contemporaneamente come previsto.

Questo risultato certifica la validità del loro design bioispirato e fornisce un potenziale percorso per la creazione ulteriore di molti altri materiali in fibra nanocomposita resistenti e resistenti per diverse applicazioni.