La materia senza peso: come lo Spazio sta cambiando lo studio dei materiali soffici

Un nuovo laboratorio sulla stazione spaziale Iss permette di studiare gel, vetri colloidali e materiali complessi senza l’effetto della gravità. Il progetto italo-francese Colis apre una nuova stagione nella ricerca sui materiali soffici

Nella quotidianità terrestre i materiali soffici – gel cosmetici, farmaci a rilascio controllato, formulazioni alimentari, sistemi autoassemblanti – si comportano in modi spesso inattesi.

La ragione è semplice: la gravità, pur invisibile, impone una direzione, un peso, un lento trascinamento che ne condiziona evoluzione, stabilità e durata. Per comprenderne davvero la natura, un gruppo di ricercatori del Politecnico di Milano e de l’Université de Montpellier – Cnrs ha scelto un punto di osservazione radicalmente diverso: lo spazio.

È in questo contesto che nasce Colis (COlloids In Space), nuova facility sperimentale installata sulla Stazione Spaziale Internazionale (Iss) all’interno del programma Colloids in Space dell’Agenzia spaziale europea (Esa), con il supporto dell’Asi e del Cnes francese.

Un laboratorio orbitale per capire la materia disordinata

Al centro del progetto vi è una collaborazione scientifica che dura da oltre venticinque anni tra Roberto Piazza, professore di Fisica della Materia al Politecnico di Milano e responsabile del laboratorio Soft Matter, e Luca Cipelletti, fisico del Laboratoire Charles Coulomb dell’Université de Montpellier – Cnrs.

L’obiettivo di Colis è disaccoppiare gli effetti della gravità dai processi di riorganizzazione interna dei materiali soffici. In assenza di peso, gel, sospensioni colloidali e vetri disordinati rivelano architetture microscopiche e dinamiche di invecchiamento che sulla Terra risultano mascherate.

Si è notato come la microgravità – in forma indiretta – consenta di isolare i meccanismi fondamentali che governano la stabilità di questi materiali, elemento essenziale per progettare formulazioni più controllate, dai farmaci ai materiali autoassemblanti.

Colis utilizza tecniche ottiche di correlazione dinamica basate sull’analisi degli speckle pattern, le piccole variazioni nella luce laser diffusa da un campione. Questo permette di monitorare come gel e vetri colloidali si trasformano nel tempo, evidenziando fenomeni di riorganizzazione, rallentamento dinamico e aging.

La facility include anche:

• sistemi di stimolazione termica controllata, utili per innescare e osservare processi di invecchiamento
• strumenti per misurare le fluttuazioni di polarizzazione della luce, fondamentali per individuare l’insorgenza precoce di fasi cristalline

Quest’ultima funzionalità è centrale per il lavoro dei gruppi di Dominique Maes e James Lutsko (Vrije Universiteit di Bruxelles), impegnati nello studio della cristallizzazione delle proteine in microgravità.

Comprendere come e quando si formano nuclei cristallini è decisivo per migliorare la stabilità dei farmaci e per lo sviluppo biotecnologico.

Progettato in collaborazione con Redwire Space e trasportato in orbita dal cargo Cygnus Ng-21 della Nasa, Colis oggi è pienamente operativo sulla Iss. Analizza campioni di gel e vetri costituiti da nanoparticelle colloidali, utilizzati come modello ideale per investigare fenomeni di riorganizzazione interna.

Dalle prime misure – ottenute da Cipelletti, Piazza, dal Co-Pi Stefano Buzzaccaro (Politecnico di Milano) e dal ricercatore Alessandro Martinelli (Cnes) – emerge un dato cruciale: la gravità incide molto più del previsto sulla struttura dei materiali soffici, influenzandone le proprietà anche a lungo termine.

Le prime evidenze, quindi, rendono possibile ripensare formulazioni più stabili e prevedibili, con ricadute dirette sulla qualità della vita sulla Terra.

La ricerca sui materiali soffici non riguarda solo la fisica fondamentale: ha ricadute immediate su farmaceutica, cosmetica, alimentare, biotecnologie e produzione avanzata.

Comprendere come i materiali evolvono nel tempo significa progettare prodotti più stabili, ridurre sprechi, controllare meglio la durata e l’efficienza delle formulazioni, migliorare la sicurezza e la qualità.

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