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I sensori biologici non rappresentano una novità – si pensi, ad esempio, ai roseti collocati all’inizio dei filari delle vigne, ma nessuno aveva mai considerato di utilizzare i microbi presenti nel calcestruzzo come sentinelle. Un team di studiosi dell’Università di Hiroshima e dell’Università di Kyoto ha infatti scoperto che durante la preparazione della miscela di calcestruzzo – utilizzata per costruire, ad esempio, ponti, autostrade o anche marciapiedi – vengono impiegate diverse materie prime che naturalmente ospitano vari tipi di microbi. Questi microorganismi non solo rimangono intrappolati e formano comunità, isolate dall’esterno, ma potrebbero in futuro consentire di identificare eventuali deterioramenti delle infrastrutture che li contengono.
“Sono stata ispirata dall’idea di rendere la manutenzione delle strutture in cemento più accessibile a un pubblico più ampio”, ha affermato China Kuratomi, prima autrice della ricerca e dottoranda presso la Facoltà di Scienze e Ingegneria Avanzate dell’Università di Hiroshima. “Così come monitoriamo i cambiamenti nel nostro stato di salute attraverso indicatori quotidiani come la temperatura corporea e ci rivolgiamo al medico quando necessario, spero che anche le condizioni degli edifici possano essere comprese tramite diversi indicatori, con esperti in grado di fornire diagnosi dettagliate quando richiesto”.
Nello studio pubblicato sulla rivista scientifica Case Studies in Construction Materials si evidenzia che tutto è nato dal problema della crescente carenza di manodopera. In Giappone, la manutenzione e la gestione degli edifici in futuro potrebbero ricadere sempre di più su “custodi privi di competenze specialistiche”. Da qui l’idea di sviluppare un metodo di valutazione del deterioramento dei materiali più semplice e accessibile.
Microbi sentinella analizzati a livello di DNA
I ricercatori giapponesi si sono focalizzati sull’analisi delle comunità microbiche negli strati superficiali e interni del calcestruzzo. In particolare, hanno effettuato l’estrazione del DNA e il sequenziamento ad alto rendimento su campioni prelevati da materiali in calcestruzzo grezzo, calcestruzzo indurito e calcestruzzo sottoposto a carotaggio e frantumazione con martello. Sono emerse differenze tra le materie prime (polvere di cemento, ghiaia, sabbia e acqua), ma sono state confermate le presenze di Proteobatteri, Actinobatteri e Cyanobatteri.
“È stato notato che le strutture delle comunità microbiche della superficie e dell’interno, così come quelle all’interno dello stesso materiale, differiscono, suggerendo una limitata mobilità microbica tra queste aree”, si legge nel documento. Questo lascia presupporre in prospettiva – sebbene i metodi per studiare le comunità microbiche del calcestruzzo non siano ancora ben definiti – che la composizione possa “fornire informazioni sui meccanismi di deterioramento e supportare lo sviluppo di strategie di manutenzione più efficaci”. Inoltre, le impronte genetiche possono resistere a temperature di 70 °C, che si raggiungono durante le perforazioni per il prelievo di campioni di routine.
È importante notare che gli studi sui microbi del calcestruzzo sono in corso da tempo, ma si sono sempre concentrati sulla possibilità di utilizzare specifici ceppi batterici capaci di migliorare le prestazioni del materiale. “I microbiomi del calcestruzzo sono sempre più oggetto di studio in relazione al deterioramento dei materiali e alle tecnologie di auto-riparazione, tuttavia i metodi di campionamento non sono standardizzati”, ha aggiunto il ricercatore Atsushi Teramoto. “Senza comprendere come le scelte metodologiche influenzino i dati microbiologici, è impossibile interpretare correttamente i risultati o applicare le informazioni microbiologiche a diagnosi concrete”.
Cosa si è scoperto fino a ora
In sintesi, non esiste ancora uno standard operativo, ma alcune evidenze sono già emerse. Prima di tutto, le comunità microbiche all’interno del calcestruzzo non somigliano a quelle presenti in superficie. Quelle esterne riflettono l’ambiente circostante, mentre quelle interne derivano principalmente dalle materie, cemento, sabbia, ghiaia e acqua.
Quando il calcestruzzo si indurisce, la maggior parte dei microbi muore poiché non ci sono sufficienti nutrienti e l’interconnessione porosa con l’esterno è minima, ma di solito sopravvivono Proteobatteri e Actinobatteri. La migrazione interna che si osserva è dovuta alla presenza di difetti come fessurazioni o un aumento di fratture, “sottolineando il potenziale delle informazioni microbiche come nuovo indicatore per la diagnosi del deterioramento”.
La prossima sfida per il gruppo di ricerca sarà comprendere la relazione tra il livello di danneggiamento e l’infiltrazione microbica, e quindi i cambiamenti dovuti ai “movimenti” interni.
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