Il segreto della resistenza della seta del ragno: è un cavo

La seta del ragno marrone eremita è composta da circa 2.500 nanostrati

[22 novembre 2018]

Gli scienziati stanno piano piano svelando molti segreti di uno dei materiali più intriganti e potenzialmente preziosi della natura: la seta di ragno. Ma Qijue Wang and Hannes C. Schniepp dell’Applied Science Department del College of William and Mary di Williamsburg, Virginia, non si aspettavano di scoprire quanto rivelano nello studio Strength of Recluse Spider’s Silk Originates from Nanofibrils” che hanno pubblicato su ACS Macro Letters.

Schniepp spiega che «Un filo di seta di ragno è cinque volte più forte di un cavo di acciaio dello stesso peso». Il suo laboratorio ha svelato i segreti della forza del ragno eremita marrone (Loxosceles reclusa) scoprendo che non tesse un singolo filamento di fibra proteica e lo scienziato sottolinea: «Ci aspettavamo di scoprire che la fibra fosse una massa unica, ma quel che abbiamo scoperto è che la seta era in realtà una specie di minuscolo cavo».

La scoperta arriva alla fine di una lunga ricerca che nel 2017 aveva già svelato un altro mistero del ragno eremita marrone: fila una seta con una struttura ad anelli.

Gli studi sui ragni sono un tema molto importante per il mondo della ricerca: la forza e la resistenza delle loro tele rendono la setta sintetica una specie di “sacro graal” della scienza e dell’ingegneria dei materiali.

Mohan Srinivasarao, direttore programmi della National Science Foundation che ha contribuito a finanziare la ricerca, sottolinea che «Comprendere le ragioni per cui la seta di ragno ha una maggiore resistenza meccanica rispetto alle sete degli insetti è stata la motivazione principale per una serie di studi, così come il desiderio di produrre grandi quantità di seta di ragno sinteticamente in laboratorio. Da questa prospettiva, i risultati riportati forniscono un indizio interessante sui “trucchi del mestiere” della natura per la  produzione di materiali sorprendenti. Comprendere le proprietà a livello molecolare della seta del ragno marrone eremita non solo fornisce informazioni su uno dei materiali naturali più difficili da riprodurre, ma può anche fornire un percorso per la progettazione di altri materiali sintetici«.

Per esaminare la struttura della seta del ragno a livello molecolare, Schniepp e la Wang, hanno usato una tecnica estremamente sensibile nota come microscopia a forza atomica e spiegano ancora : «Abbiamo scoperto che la fibra è composta da un certo numero di nanostrati. Ogni nanostrato è un filo sottile fatto di proteine, con un diametro inferiore al milionesimo di pollice».

Secondo lo studio, un filamento di seta di ragno marrone eremita è composto da circa 2.500 nanostrati. Schniepp e Wang hanno sviluppato un modello strutturale dettagliato della seta, rivelando anche altre interessanti caratteristiche della struttura del cavo di seta di Loxosceles reclusa.

Gli scienziati sanno da tempo che la sezione trasversale della seta di questo ragno è piatta e non rotonda, Schniepp e Wang riferiscono che «Curiosamente, i nanostrati, o nanofibrille, che costituiscono il cavo non sono intrecciati o attorcigliati come una corda, ma piuttosto sono disposti in parallelo».

E’ difficile descrivere quanto sia sottile un filo di seta di ragno marrone eremita, nemmeno il solito confronto con un capello umano rende l’idea: «Come confronti lo spessore di un capello rotondo con un nastro piatto? – si chiede Schniepp – Se vuoi essere preciso, è un po’ complicato. Un confronto accurato deve tener conto non solo dello spessore del nastro del ragno marrone eremita, che è mille volte inferiore allo spessore di un capello, ma anche del fatto che la sezione trasversale dei capelli è dieci volte quella della seta filata. Di conseguenza, la sezione trasversale della seta è 1/10.000 di quella di un capello umano».

Schniepp e Wang hanno anche scoperto che i singoli nanostrati sono facilmente separabili l’uno dall’altro, a indicare che i legami tra le nanofibrille sono relativamente deboli. Ma hanno anche scoperto che una delle chiavi per spiegare la forza della struttura della seta si trova nella lunghezza di ogni singolo nanostrato.

Per spiegare il “trucco organizzativo” della seta di ragno e quale struttura contribuisce alle proprietà importanti e ricercate proprietà di forza e resistenza, gli scienziati hanno proposto una serie di modelli e Schniepp afferma che «La struttura proposta nello studio è la più semplice ed elegante dei modelli principali. Noi crediamo che il segreto della seta ragno marrone eremita derivi essenzialmente dalla singola nanofibrilla».