A Spinoff a Day – Microcapsule fisiologicamente compatibili

Agli inizi degli anni ’80 l’Istituto per la Ricerca Odontoiatrica dell’esercito statunitense ha chiesto aiuto a NASA per la creazione di microcapsule in lattice, cave all’interno, che potessero ospitare cellule viventi da usare come antibiotici a rilascio controllato. Dopo alcuni esperimenti, gli ingegneri NASA hanno constatato che, a causa dell’azione della forza di gravità che tende ad appiattirle, la grandezza massima raggiungibile da queste particelle era di 10 micron. L’Agenzia ha quindi chiesto aiuto allo spazio e, grazie a diverse missioni Shuttle, ha portato l’esperimento in microgravità permettendo alle capsule di crescere sfericamente anziché in forma ovale, e con dimensioni maggiori. Le sfere diventano il primo prodotto creato nello spazio e venduto sulla Terra, e la loro qualità è così ottimale che l’U.S. National Bureau of Standards ha riconosciuto queste sfere come materiale di riferimento per la misurazione di 10 micrometri.

Il chimico Dale Kornfeld del Marshall Space Flight Centre e il suo team hanno poi sviluppato una macchina in laboratorio che operasse in microgravità, creando quindi questa sostanza anche sulla Terra. A metà degli anni ’80 il dottor Joe Resnick ha potuto incontrare Kornfeld e il suo team, usare la macchina e mettere in pratica una sua idea: microcapsule in cera d’api.

Microcapsule in cera d’api per l’uso nei rossetti © NASA / Veronica Remondini

Il sistema forma piccole sfere a partire da cera liquefatta usando onde a bassa frequenza che rompono il flusso di materiale ad intervalli regolari grazie ad un timer. Il dispositivo usa inoltre un metodo brevettato per neutralizzare l’effetto della gravità sul liquido mantenendo le capsule in una forma perfettamente sferica. Grandi fino a 150 micron, possono essere riempite con cellule, polveri, gas o altri materiali.

Dopo aver brevettato il dispositivo, Resnick ha lavorato con l’azienda Petrol Rem Inc. per commercializzare il Petroleum Remediation Product (PRP), ossia microsfere in cera d’api riempite con una varietà di batteri capaci di rompere i legami degli idrocarburi nel petrolio. Le sferette sono idrorepellenti e assorbono l’olio, che viene quindi consumato dalla comunità di microorganismi racchiusi all’interno e trasformato in acqua e anidride carbonica. Quando la pressione interna delle sfere diventa eccessiva, esplodono e rilasciano i prodotti di scarto non dannosi nell’ambiente. Inizialmente è stato usato per ripulire le acque dello Stretto di Prince William in Alaska in seguito all’incidente della petroliera Exxon Valdez nel 1989, e poi nel Golfo del Messico dopo la fuoriuscita di petrolio della piattaforma DeepWater Horizon nel 2010. *

Da allora, l’avanzamento tecnologico ha permesso alle capsule di avere dimensioni sempre più piccole, rendendole utilizzabili in un maggior numero di settori. A NASA era stato chiesto di crearle come contenitori per antibiotici a rilascio controllato, e Resnick ha lavorato con aziende mediche su prodotti che possano incorporarle aumentando l’efficacia del medicinale. “Se il corpo riesce ad assorbire il farmaco in maniera più efficiente”, dice, “la dose può essere ridotta, diminuendo quindi la quantità di medicina sprecata e potenzialmente accorciando i tempi di trattamento”.

Potenziale utilizzo come polline © NASA / Veronica Remondini

Il materiale può essere amalgamato con altre sostenze, una caratteristica che, secondo Resnick, potrebbe essere interessante in cucina: uno studio effettuato con l’azienda Flavor Sciences ha dimostrato che gli ingredienti o gli aromi contenuti verrebbero rilasciati nel tempo all’interno del cibo. Resnick ha anche lavorato nel campo della cosmetica per incorporare le microcapsule nei rossetti. “Le sferette possono contenere la tinta base che verrebbe rilasciata durante l’arco di tutta la giornata semplicemente premendo le labbra una contro l’altra”. La capacità di adesione di questo materiale lo ha anche introdotto nel settore zoologico: creando uno speciale polline a base di stevia sintetica, le api mellifere disporrebbero di una fonte di cibo aggiuntiva durante l’inverno, e il miele prodotto potrebbe essere consumato anche da persone che soffrono di diabete. Infine, Resnick ha lavorato su un trattamento per cani poliziotto feriti sul campo. Il prodotto, chiamato Poochie-Peds, è fatto di capsule in cera d’api contenenti olii essenziali ed antisettici, e funziona in brevissimo tempo rimarginando le ferite sui palmi delle zampe degli animali.

Superspugna magnetica ©Madec PoliMi

* In merito alla pulizia delle acque per le fuoriuscite di petrolio, è da ricordare la spugna polimerica brevettata dall’Istituto Italiano di Tecnologia nel Giugno del 2015. Il prodotto di base è schiuma di poliuretano trattata con nanoparticelle di ossido di ferro e Teflon, che acquisisce proprietà magnetiche, superidrofobiche e superoleofile. Il magnetismo serve per poter manovrare la spugna a distanza, mentre le altre caratteristiche la mettono in grado di assorbire una quantità di sostanza oleosa pari a 13 volte il suo peso, senza che i risultati siano inficiati dalla presenza dell’acqua. Come viene spiegato in questo articolo, inoltre, i materiali sono economici e i processi nanotecnologici sono facilmente riproducibili.

Microsfere create in microgravità da applicare ad un’ampia gamma di settori © NASA / Veronica Remondini

Per approfondire:

Spinoff nel dettaglio [ENG]

Polvere PRP (Petroleum Remediation Product) [ENG]

Certificazione del “Materiale di Riferimento nr. 1960” da parte del National Bureau of Standards [pdf – ENG]

Brevetto della spugna polimerica dell’IIT [ITA]

Sito di RMANNCO Inc., l’azienda di microincapsulazione di Resnick [ENG]