Nuovo straordinario materiale di biologia sintetica, riesce ad assorbire gli urti e non solo

I ricercatori hanno creato un nuovo materiale di biologia sintetica capace di fermare gli impatti supersonici. Questo materiale è quindi capace di assorbire gli urti e potrebbe avere numerose applicazioni pratiche.

Il materiale potrebbe rivoluzionare sia il settore della difesa che quello delle scienze planetarie. La svolta è stata fatta da un team dell’Università del Kent, guidato dai professori Ben Goult e Jen Hiscock.

Denominata TSAM (Talin Shock Absorbing Materials), questa nuova famiglia di materiali a base di proteine ​​rappresenta il primo esempio noto di un materiale SynBio (o di biologia sintetica) in grado di assorbire impatti di proiettili supersonici. Apre le porte allo sviluppo di armature antiproiettile di nuova generazione e materiali di cattura dei proiettili per consentire lo studio degli impatti di ipervelocità nello spazio e nell’alta atmosfera (astrofisica).

Goult: “Ha proprietà incredibili”

Il professor Ben Goult ha spiegato tramite alcune dichiarazioni riportate da Scitechdaily: “Il nostro lavoro sulla proteina talina, che è l’ammortizzatore naturale delle cellule, ha dimostrato che questa molecola contiene una serie di domini di commutazione binaria che si aprono sotto tensione e si ripiegano nuovamente una volta che la tensione scende. Questa risposta alla forza conferisce al talin le sue proprietà molecolari di assorbimento degli urti, proteggendo le nostre cellule dagli effetti di grandi cambiamenti di forza. Quando abbiamo polimerizzato il talin in un TSAM, abbiamo scoperto che le proprietà di assorbimento degli urti dei monomeri del talin hanno conferito al materiale proprietà incredibili”.

Il lavoro dei ricercatori

Il team ha continuato a dimostrare l’applicazione nel mondo reale di TSAM, sottoponendo questo materiale idrogel a impatti supersonici a 1,5 km/s (3.400 mph): una velocità maggiore rispetto alle particelle nello spazio che colpiscono sia oggetti naturali che artificiali (tipicamente > 1 km /s) e le velocità della volata delle armi da fuoco, che di solito cadono tra 0,4 e 1,0 km/s (900-2.200 mph).

Inoltre, il team ha scoperto che la famiglia di materiali TSAM può non solo assorbire l’impatto delle particelle di basalto (~60 µM di diametro) e pezzi più grandi di schegge di alluminio, ma anche preservare questi proiettili dopo l’impatto.

Un’armatura capace di bloccare i proiettili

L’attuale tipologia di armatura armatura consiste in una faccia in ceramica sostenuta da un composito rinforzato con fibre, che è pesante e ingombrante. Inoltre, sebbene questa armatura sia efficace nel bloccare proiettili e schegge, non blocca l’energia cinetica che può provocare traumi contundenti dietro l’armatura. Inoltre, questa forma di armatura viene spesso danneggiata in modo irreversibile dopo l’impatto, a causa dell’integrità strutturale compromessa, impedendo un ulteriore utilizzo.

Ciò rende l’incorporazione di TSAM nei nuovi progetti di armature una potenziale alternativa a queste tecnologie tradizionali, fornendo un’armatura più leggera e più duratura che protegge anche chi la indossa da una gamma più ampia di lesioni, comprese quelle causate da shock.

Inoltre, la capacità dei TSAM di catturare e preservare i proiettili dopo l’impatto lo rende applicabile nel settore aerospaziale, dove vi è la necessità di materiali che dissipino energia per consentire l’efficace raccolta di detriti spaziali, polvere spaziale e micrometeoroidi per ulteriori studio scientifico.

Un aspetto importante è che i proiettili catturati facilitano la progettazione di apparecchiature aerospaziali, migliorando la sicurezza degli astronauti e la longevità di costose apparecchiature aerospaziali. Qui i materiali TSAM potrebbero fornire un’alternativa agli aerogel standard del settore, che possono sciogliersi a causa dell’aumento della temperatura derivante dall’impatto del proiettile.

Hiscock: “TSAM potrebbe risolvere i problemi del mondo reale”

La professoressa Jen Hiscock ha affermato sullo studio che il progetto vede la sua nascita da una collaborazione tra tra biologia fondamentale, chimica e scienza dei materiali. Un lavoro interdisciplinare che ha portato a questa nuova classe di materiali. La studiosa ha aggiunto: “Siamo molto entusiasti delle potenziali possibilità di traduzione degli TSAM per risolvere i problemi del mondo reale”.

Reference: “Next generation protein-based materials capture and preserve projectiles from supersonic impacts” by Jack A. Doolan, Luke S. Alesbrook, Karen B. Baker, Ian R. Brown, George T. Williams, Jennifer R. Hiscock and Benjamin T. Goult, 29 November 2022, bioRxiv.
DOI: 10.1101/2022.11.29.518433