Torino, nuovo hydrogel trasforma la luce in movimento

Un materiale soffice capace di trasformare la luce in movimento meccanico controllato e reversibile è stato sviluppato nell’ambito di una ricerca coordinata dal professor Emiliano Descrovi del Dipartimento di Scienza Applicata e Tecnologia del Politecnico di Torino. Lo studio, pubblicato sulla rivista internazionale “Light: Science & Applications” con il titolo “Photo-guided Azopolymer Hydrogel Actuators”, introduce un hydrogel fotoresponsivo che può raggiungere deformazioni reversibili fino al 200% e tornare successivamente verso la configurazione iniziale.

Nanoparticelle sensibili alla luce dentro un materiale ricco d’acqua

Il sistema è costituito da un hydrogel polimerico ricco d’acqua, con proprietà che per consistenza e comportamento richiamano quelle dei tessuti biologici. Al suo interno sono incorporate nanoparticelle di azopolimero sensibili alla luce, capaci di modificare la propria forma quando vengono illuminate.

La direzione della deformazione può essere controllata attraverso la polarizzazione del fascio luminoso. Il movimento generato dalle nanoparticelle viene trasmesso all’intera struttura attraverso l’hydrogel, che fornisce elasticità e permette al materiale di mantenere le proprie caratteristiche anche in ambiente acquoso.

Tra gli autori figura anche David Urban, che ha svolto un dottorato in cotutela tra il Politecnico di Torino e la Norwegian University of Science and Technology. La ricerca punta a superare uno dei principali limiti degli azopolimeri utilizzati finora: la tendenza a conservare in maniera permanente, o quasi, le deformazioni prodotte dalla luce.

Deformazioni reversibili fino al 200%

Nel nuovo materiale, le forze elastiche generate dall’hydrogel consentono alla struttura di recuperare la forma precedente. Lo stesso microsistema può quindi essere modificato più volte, scegliendo direzione e modalità della deformazione attraverso il controllo della luce.

Durante le sperimentazioni, in una configurazione tipica il materiale ha raggiunto deformazioni reversibili del 200%, mantenendo la stabilità in acqua. I ricercatori hanno inoltre osservato la possibilità di sovrascrivere le configurazioni precedenti per circa dieci cicli consecutivi.

Il controllo avviene a distanza e senza la necessità di fili, motori o altri sistemi meccanici collegati direttamente alla struttura. Attraverso un fascio luminoso opportunamente orientato è possibile agire su elementi grandi pochi micrometri, come micro-pilastri che si allungano nella direzione determinata dalla luce oppure micro-pozzetti capaci di aprirsi e richiudersi ripetutamente.

Dalle colture cellulari alle microvalvole controllate dalla luce

Tra gli ambiti applicativi indicati dai ricercatori figura il settore biomedicale. L’hydrogel è stato progettato anche come substrato dinamico per la crescita cellulare: modificandone localmente la geometria con la luce, potrebbe diventare possibile intervenire sull’orientamento, sulla migrazione e sulla disposizione di cellule e tessuti.

La tecnologia potrebbe essere integrata anche in microscopi convenzionali da laboratorio. Tra gli ulteriori campi di sviluppo figurano dispositivi microfluidici, sistemi per la coltura tridimensionale di cellule e organoidi, microvalvole ottiche, piattaforme per il drug delivery e microsistemi destinati alla medicina rigenerativa e alle biotecnologie.

Il progetto ha già raggiunto anche la fase della tutela della proprietà intellettuale. Una domanda di brevetto è stata depositata nel 2025 e la tecnologia è attualmente interessata da una procedura di estensione internazionale PCT, con l’obiettivo di favorirne il trasferimento verso applicazioni industriali.

Il professor Emiliano Descrovi ha spiegato che il risultato nasce da un settore di ricerca ancora poco consolidato e dal lavoro sviluppato insieme ai collaboratori, con particolare riferimento al percorso svolto da David Urban tra Trondheim e Torino. La prospettiva indicata dal gruppo è ora quella di verificare le possibilità di utilizzo del materiale anche fuori dall’ambito universitario, avvicinandolo a soluzioni applicative e industriali.