Plastiche auto-rinforzanti e ossa artificiali originate da polimeri sintetici potrebbero essere a un passo dalla realtà grazie a una nuova conquista della chimica che permette alle forze meccaniche di indurre reazioni chimiche.

Solitamente, per attivare le reazioni si utilizzano la luce, il calore, l’elettricità e la catalisi chimica. La forza meccanica è stata usata raramente in passato e principalmente per separare catene di polimeri.

Adesso un team guidato da Jeffrey Moore della University of Illinois a Urbana-Champaign negli USA, ha trovato che applicando degli ultrasuoni a una soluzione di molecole, preparate in modo speciale, è possibile indurre delle reazioni che rompono un legame atomico alla volta.

Il team ha attaccato due filamenti di polimeri a una molecola chiamata benzociclobutano (BCB) e ha bombardato i filamenti con gli ultrasuoni. Questo ha generato delle forze di trazione che hanno tirato le molecole collegate e, con la giusta dose di forza ultrasonica, sono state in grado di allungarle finché non si è rotto uno dei legami, forzando la molecola a riformarsi.

Il BCB ha due gusti leggermente differenti – chiamati isomeri – che generalmente si riformano in forme differenti quando si rompono. Nel loro esperimento, i ricercatori sono stati capaci di far sì che entrambi gli isomeri producessero la stessa forma, un’impresa precedentemente irrealizzabile.

“Prima, non era possibile prendere una molecola e tirarla in un modo specifico” ha affermato Virgil Percec della University of Pennsylvania, negli Stati Uniti. “E’ una scoperta davvero fondamentale. E’ la chimica al suo meglio”.

Quando i legami del BCB si rompono, diventano instabili e si attaccano incrociandosi icon altri legami rotti alo stesso modo. Questo porta i ricercatori a credere che potrebbero alla fine essere capaci di produrre del materiale auto-curativo.

I legami dei polimeri che si riformano in questo modo potrebbero, forse, riparare incrinature o rotture e potrebbero essere più resistenti del materiale iniziale. I ricercatori credono che potrebbe persino essere possibile produrre, in questo modo, una sostanza polimerica capace di imitare le ossa degli esseri viventi.  

“Le proprietà meccaniche delle ossa sono alterate nel tempo a seconda di come sono state usate” ha detto Moore. “Si ispessiscono e diventano più dure. Attualmente con i materiale polimerici non siamo in grado di fare questo”.

Moore crede anche di poter trovare le modalità con cui rendere queste reazioni reversibili, cosicché gli oggetti possano essere fatti per indurirsi o per diventare più flessibili, a seconda degli stress a cui sono sottoposti.

Queste sostanze richiederanno anni per essere prodotte. Nel frattempo, Moore e i suoi colleghi sperano usare le reazioni indotte da stress per produrre colori, che potrebbero essere usati per avvisare l’indebolimento di un oggetto.

Moore ha affermato che “un esempio ovvio potrebbe essere la corda di un paracadute che diventa rossa quando i legami cominciano a rompersi” per avvertire che la corda si sta indebolendo”.  

Nature (vol 446, p 423)

Michael Reilly