Un gruppo di ricercatori guidato da studiosi dell’Università di Bologna è riuscito per la prima volta a sintetizzare un nuovo biomateriale, a base di carbonato di calcio e arricchito con nano-particelle magnetiche, sfruttando le caratteristiche naturali di un organismo marino unicellulare, la foraminifera Amphistrigina lessoni.
Anche se negli anni sono stati fatti grandi progressi per individuare i meccanismi da cui nascono i materiali naturali e che ne regolano le proprietà, infatti, in molti casi è ancora impossibile riprodurli in laboratorio. Per questo, gli studiosi autori della ricerca hanno cambiato approccio: non tentare di imitare i processi naturali, ma sfruttarli per produrre nuovi materiali. Una strategia innovativa – presentata sulla rivista Materials Horizons – che potrebbe ora essere replicata anche su altri organismi e con altri “ingredienti”, dando così origine a infinite possibilità per la sintesi di nuovi materiali.
Un bioreattore naturale
Tutto parte dalla foraminifera Amphistrigina lessoni, un organismo marino unicellulare capace di produrre uno scheletro composto di carbonato di calcio, materiale molto studiato e molto utile soprattutto in campo biomedicale. Sfruttando questa abilità naturale, i ricercatori sono riusciti ad utilizzare la foraminifera come bioreattore per produrre cristalli bionici di carbonato di calcio arricchiti con nano-particelle magnetiche. Un ingrediente aggiuntivo che è in grado di dare allo scheletro di questi organismi delle proprietà magnetiche addizionali.
“Per produrre il loro scheletro, le foraminifere assorbono l’acqua di mare attraverso vescicole”, spiega Giuseppe Falini, professore dell’Università di Bologna che ha coordinato lo studio. “Noi abbiamo voluto studiare se la presenza di un additivo nel mezzo utilizzato per la crescita degli organismi consentisse di sintetizzare cristalli ibridi di calcite e additivo, con caratteristiche non ottenibili tramite la sola sintesi chimica in laboratorio”.
Scheletri magnetici
Una sfida che ha restituito un riscontro positivo: l’additivo aggiunto dai ricercatori ha portato gli organismi ad arricchire il loro scheletro con particelle magnetiche, creando di fatto un nuovo biomateriale. “Sfruttando il processo di biomineralizzazione delle foraminifere – conferma Giulia Magnabosco, prima autrice dello studio – siamo riusciti a fare in modo che all’interno dello scheletro venissero intrappolate particelle magnetiche. In questo modo, è stato possibile sintetizzare un nuovo materiale a base di carbonato di calcio che può essere controllato applicando un campo magnetico esterno”.
Una nuova strategia che in questo caso ha tratto vantaggio dalle abilità delle foraminifere, ma, sottolineano gli autori, in linea di principio può essere applicata anche ad altri organismi calcificanti e ad altre classi di additivi. Uno schema, insomma, da cui potrebbero nascere infinite possibilità per la sintesi di nuovi materiali.
I protagonisti dello studio
Lo studio – pubblicato sulla rivista Materials Horizons con il titolo “Bionic synthesis of a magnetic calcite skeletal structure through living foraminifera” – è stato condotto da Giulia Magnabosco, Simona Fermani, Matteo Calvaresi e Giuseppe Falini del Dipartimento di Chimica “Giacomo Ciamician” dell’Università di Bologna.
Hanno collaborato inoltre Vittorio Franco Corticelli, Meganne Christian e Vittorio Morandi dell’Istituto per la microelettronica e microsistemi (IMM) del CNR di Bologna, con Cristiano Albonetti dell’Istituto per lo studio dei materiali nanostrutturati (ISMN) del CNR di Bologna e con Hagar Hauzer e Jonathan Erez della Hebrew University of Jerusalem.
