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Un nuovo modello molecolare spiega come si formano i gel

Un team di ricerca del Consiglio nazionale delle ricerche e dell’Università di Roma Tor Vergata ha rivelato, dal punto di vista molecolare, il meccanismo di aggregazione del gellano, uno zucchero complesso di origine naturale che ha la capacità di formare gel trasparenti e reversibili. Una sostanza che ha applicazioni in diversi ambiti, dall’alimentazione al restauro di beni culturali. Lo studio è pubblicato su Science Advances

Un team di ricerca dell’Istituto dei sistemi complessi del Consiglio nazionale delle ricerche di Roma (Cnr-Isc) in collaborazione con colleghi del Dipartimento di scienze e tecnologie chimiche dell’Università di Roma Tor Vergata, ha svelato il meccanismo di aggregazione a livello microscopico di un polisaccaride naturale, il gellano, uno zucchero complesso che ha la capacità di formare gel trasparenti e reversibili mediante il semplice raffreddamento di soluzioni del polimero in acqua e sali. Tale proprietà, unita alle caratteristiche di biocompatibilità, atossicità e biodegradabilità, rende il gellano un composto ideale per numerose applicazioni, dall’industria farmaceutica a quella cosmetica, dal settore alimentare al restauro di beni culturali, in particolare opere d’arte cartacee.
Lo studio è pubblicato su Science Advances: “La novità della ricerca consiste nell’aver sviluppato un modello molecolare per rappresentare la catena di gellano, e quindi studiare il processo di aggregazione e formazione del gel” spiega Letizia Tavagnacco (Cnr-Isc), autrice principale dello studio. “Tale modello ha permesso di riprodurre con un dettaglio molecolare l’aggregazione del gellano, sia in situazioni di bassa concentrazione del polisaccaride, sia in soluzioni ad alta concentrazione dove si formano super-aggregati: proprio questi portano, su scala macroscopica, alla formazione di gel”. “Tali complessi polimerici, oltre a esemplificare la ‘bellezza’ degli edifici molecolari naturali, hanno un’efficace funzionalità strutturale” aggiunge Ester Chiessi, docente di chimica fisica biologica presso l’ateneo di Roma Tor Vergata, che ha contribuito al lavoro.
I ricercatori e le ricercatrici hanno dimostrato che la formazione di super-aggregati di gellano avviene in due fasi: nella prima, le catene polimeriche di gellano formano strutture a doppia elica, che nella seconda fase si assemblano, dando origine ad aggregati di ordine superiore. All’interno di tale processo, un ruolo importante è svolto dai sali: “I sali di cationi divalenti, come il calcio, promuovono la rapida ed estesa formazione di aggregati, in quanto favoriscono la creazione di punti di giunzione tra le doppie eliche di gellano, diversamente dai sali di cationi monovalenti, come il sodio, che ricoprono un ruolo secondario”, spiega Emanuela Zaccarelli (Cnr-Isc) coordinatrice dello studio.
La conoscenza a livello molecolare del meccanismo con cui le catene di gellano si organizzano per formare i gel, e la comprensione del ruolo svolto dai sali, favoriranno lo sviluppo di processi controllati di gelazione per la produzione di gel con le proprietà ottimali a seconda del dal tipo di applicazione richiesto.
Lo studio fa parte del progetto ERC-Proof of Concept “Microtech”, finanziato dalla Comunità europea, e del progetto del gruppo di ricerca ‘Microarte’, finanziato dalla Regione Lazio, entrambi coordinati da Emanuela Zaccarelli, ricercatrice e direttrice di ricerca del Cnr-Isc.

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