Cinquantamila.it La storia raccontata da Giorgio Dell'Arti

I sensori biologici non sono una novità – si pensi anche solo ai roseti posizionati al principio dei filari delle vigne, ma nessuno aveva ancora pensato di usare i microbi presenti nel calcestruzzo come sentinelle. Un gruppo di ricercatori dell’Università di Hiroshima e dell’Università di Kyoto ha scoperto infatti che quando si crea la miscela di calcestruzzo – per realizzare ad esempio ponti, autostrade, autostrade o anche marciapiedi – vengono impiegate diverse materie prime che al loro interno ospitano naturalmente tipologie diverse di microbi. Questi ultimi non solo rimangono intrappolati e formano delle comunità, per altro isolate dall’esterno, ma potenzialmente in futuro potrebbero consentire di rilevare eventuali deterioramenti delle infrastrutture che li ospitano.
"Sono stata motivata dall’idea di rendere la manutenzione delle strutture in cemento più accessibile a una gamma più ampia di persone”, ha dichiarato China Kuratomi, prima autrice dello studio e dottoranda presso la Facoltà di Scienze e Ingegneria Avanzate dell’Università di Hiroshima. “Così come notiamo 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 attraverso diversi indicatori, con specialisti in grado di fornire diagnosi dettagliate quando necessario”.
Nello studio pubblicato sulla rivista scientifica Case Studies in Construction Materials viene esplicitato che tutto è nato dal problema della diffusa e 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”. Ed ecco quindi l’idea di individuare un metodo di valutazione del deterioramento dei materiali più facile e agevole.
Microbi sentinella analizzati a livello di DNA
I ricercatori giapponesi si sono concentrati sulle analisi delle comunità microbiche negli strati superficiali e interni del calcestruzzo. Nello specifico hanno realizzato l’estrazione del DNA e il sequenziamento ad alto rendimento su campioni ottenuti da materiali in calcestruzzo grezzo, calcestruzzo indurito, e calcestruzzo oggetto di carotaggio e frantumazione con martello. Sono emerse differenze tra le materie prime (polvere di cemento, ghiaia, sabbia e acqua), ma confermate le presenze di Proteobatteri, Actinobatteri e Cyanobatteri.
“È stato osservato che le strutture delle comunità microbiche della superficie e dell’interno, così come quelle all’interno dello stesso materiale, differiscono, indicando una limitata mobilità microbica tra queste regioni”, si legge nel documento. E questo lascia presupporre in prospettiva – sebbene i metodi per studiare le comunità microbiche del calcestruzzo non siano ancora ben consolidati – che la composizione possa “fornire informazioni sui meccanismi di deterioramento e supportare lo sviluppo di strategie di manutenzione più efficaci”. Per altro le impronte genetiche possono sopravvivere al calore di 70 °C che si raggiunge durante le perforazioni per il prelievo di campioni di routine.
Da rilevare che gli studi sui microbi del calcestruzzo si fanno da tempo, ma sono sempre stati concentrati sulla possibilità di impiegare specifici ceppi batterici capaci migliorare le prestazioni del materiale. “I microbiomi del calcestruzzo sono sempre più studiati 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 in che modo le scelte metodologiche influenzano 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, manca ancora uno standard operativo, ma alcune evidenze sono già emerse. Prima di tutto le comunità microbiche all’interno del calcestruzzo non assomigliano a quelle presenti in superficie. Quelle all’esterno riflettono l’ambiente circostante, mentre quelle interne derivano principalmente dalle materie, cemento, sabbia, ghiaia e acqua.
Quando il calcestruzzo si indurisce la maggior carte dei microbi muore poiché non ci sono abbastanza nutrienti e l’interconnessione porosa con l’esterno è minima, ma di soluto sopravvivono Proteobatteri e Actinobatteri. La migrazione, interna, che si registra è dovuta alla presenza di difetti come fessurazioni o un aumento di fratture “evidenziando il potenziale delle informazioni microbiche come nuovo indicatore per la diagnosi del deterioramento”.
La prossima sfida per il gruppo di ricerca sarà di comprendere la relazione tra livello di danneggiamento e infiltrazione microbica, e quindi di fatto i cambiamenti dovuti ai “movimenti” interni.

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