La resistenza agli antibiotici è diventata un grave problema di salute pubblica. infezioni ospedaliere, le protesi o gli impianti chirurgici che si infettano e non rispondono al trattamento sono una vera sfida per la comunità di ricerca, che da anni cerca alternative per eliminare efficacemente questi batteri. Nel 2012 i ricercatori del Dipartimento di Ingegneria Chimica dell'Universitat Rovira i Virgili, Vladimir Baulin e Sergey Pogodin, ha aperto una linea di ricerca per sviluppare modelli antibatterici ispirati agli insetti. Le ali di, Per esempio, le libellule sono costituite da strutture complesse di forme geometriche nanometriche, che sono altamente efficienti nell'uccidere i batteri. Nel tentativo di comprendere queste forme e riprodurle come nuovi materiali antibatterici, una squadra composta da Vladimir Baulin, Marc Werner, dal Leibniz-Institut für Polymerforschung (Dresda, Germania) ed Elena Ivanova dell'università australiana RMIT, scoperto che l'elasticità dei nanopillar è un fattore chiave perché possono trattenere e rilasciare energia sufficiente per uccidere i batteri.

La linea di ricerca iniziata anni prima aveva già scoperto che le ali di questi insetti sono costituite da una struttura di nanopilastri che eliminano meccanicamente i batteri, noto come effetto biocida. Queste proprietà meccano-battericide, per cui i batteri vengono uccisi quasi istantaneamente quando entrano in contatto con i pilastri senza bisogno di utilizzare una sostanza chimica, sollevano numerose domande a cui i ricercatori stanno tentando di rispondere sperimentando diverse forme e geometrie che li aiuteranno per capire quale ha l'effetto battericida più efficiente.

Hanno studiato la capacità battericida su superfici nanometriche variando l'altezza dei pilastri e mantenendo costanti le altre dimensioni. I risultati, che sono appena stati pubblicati sulla rivista PNAS , hanno dimostrato che la flessibilità di questi pilastri è strettamente connessa al loro aspetto. "Anche i materiali solidi e rigidi diventano flessibili se una delle dimensioni è molto più lunga delle altre (ad esempio, una corda di chitarra o un lungo pilastro), " dice Vladimir Baulin. I ricercatori hanno sviluppato un modello fisico che mostra che quando i batteri entrano in contatto con questi pilastri possono accumulare energia elastica anche su scala così piccola. Grazie a questo modello è ora possibile calcolare la risposta elastica di altri strutture e ottimizzare le loro proprietà antibatteriche.

Le forze di deformazione del pilastro causate dal contatto dei batteri sono così elevate che possono persino rompere la parete cellulare dei batteri, fornendo così un nuovo meccanismo per ucciderli. Queste forze sono associate alle tensioni superficiali imposte alle cellule batteriche. I pilastri sotto i batteri che si avvicinano si allungano maggiormente ai bordi, mentre i pilastri situati sotto il centro dei batteri praticamente non cambiano. Lo studio mostra, poi, che la variazione graduale dell'altezza dei pilastri di una superficie nanometrica può determinarne l'efficacia battericida.

Questa scoperta potrebbe portare a una classe completamente nuova di materiali antibatterici, che potrebbero variare da imballaggi per alimenti a filtri o mascherine. A differenza dei filtri tradizionali, dove i batteri rimangono ma non vengono disattivati, il nuovo materiale elastico su scala nanometrica può uccidere in sicurezza i batteri in pochi minuti, il che significa che non possono attivare alcun meccanismo di difesa o opporre alcuna resistenza, " ha concluso Baulin.