Dagli studi di Alan Turing un filtro per l’acqua molto efficiente

È il padre dell’intelligenza artificiale. Ed è anche il crittografo che ha consentito agli inglesi di decifrare i messaggi dei tedeschi durante la seconda guerra mondiale. Stiamo parlando di Alan Turing, genio sfortunato e a lungo incompreso, è stato però anche un pioniere per la biologia.

Oggi, le sue passate intuizioni in questo campo hanno ispirato il lavoro di un gruppo di ricercatori dell’Università di Zhejiang, ad Hangzhou, in Cina, che ha realizzato un filtro in grado di rimuovere il sale dall’acqua tre volte più velocemente rispetto agli strumenti disponibili sul mercato.

La scoperta, apparsa su Science lo scorso 3 maggio, si basa su un articolo di Turing del 1952. È il paper con cui, due anni prima di morire suicida, lo scienziato apriva la strada allo studio matematico della biologia e della morfogenesi: in questo processo cellule identiche si differenziano fino a formare strutture complesse.

Dal caos all’ordine

Dagli arti degli esseri umani ai tentacoli dell’idra, dal modo in cui le foglie si dispongono a spirale sui rami alle macchie di colore sul manto degli animali, com’è possibile che dal caos originario si sviluppino modelli regolari? Turing cercò una risposta nelle leggi fisiche già conosciute e in un sistema di equazioni matematiche, immaginando alla base della morfogenesi una continua reazione chimica tra due sostanze. Una si muove più velocemente dell’altra ed è chiamata agente inibitore, spingendo l’altra (l’agente attivatore) che ha un moto più lento, e confinando poi il risultato della reazione in schemi determinati, come macchie o strisce.

Nel 2014 il modello di Turing è stato confermato dai ricercatori della Brandeis University e della University of Pittsburgh, che hanno osservato la formazione di sette diversi schemi, uno in più di quelli previsti dal matematico britannico.

La prima struttura di Turing in 3d

Quella sintetizzata in laboratorio da Lin Zhang, che ha guidato la ricerca di oggi, è la prima struttura 3D ispirata al modello di Turing. Gli autori del paper su Science l’hanno realizzata in poliammide, un materiale simile al nylon, generato dalla reazione chimica tra piperazina e trimesoyl cloruro.

Di solito il trimesoyl cloruro nella reazione si muove più velocemente, ma per osservare il processo descritto da Turing i ricercatori in laboratorio hanno fatto ricorso a un piccolo trucco. Hanno rallentato ulteriormente la piperazina, aggiungendo dell’alcol polivinilico, e al microscopio hanno osservato nanostrutture di tubi e puntini, simili ai modelli previsti da Turing.

Le scoperte, però, non erano finite. Con una certa sorpresa i ricercatori si sono resi conto che quella minuscola struttura tubolare, appena qualche decina di nanometri di diametro, era anche un efficace filtro dell’acqua. Ne bastava un metro quadro per trattare 125 litri di acqua in un’ora.

Negli esperimenti su Science un passaggio nel filtro di Turing ha permesso di ridurre della metà la quantità di sale comune presente in una soluzione non troppo concentrata. L’efficacia si misura, però, soprattutto con altri tipi di sale: il cloruro di magnesio viene eliminato al 90 per cento, mentre il solfato di magnesio viene filtrato per il 99 per cento. “È tre volte più veloce dei filtri commerciali”, ha spiegato Zhang in un articolo su Nature. “Il filtro di Turing potrebbe essere usato per purificare l’acqua di stagni e paludi o gli scarichi industriali”.

L’attenzione ora è rivolta agli sviluppi futuri di questa tecnica, che potrebbe trovare applicazione anche nel campo della medicina rigenerativa, per riprodurre vene o ossa.

Riferimenti: Science

Articolo prodotto nell’ambito del Master in Giornalismo e comunicazione istituzionale della scienza dell’Università di Ferrara