Mechanism of Mold-Induced Degradation of Silicone Rubber Under Microgravity in Space Environment

All'interno delle cabine sigillate e a clima controllato di una stazione spaziale, si sta consumando una silenziosa battaglia tra la tecnologia umana e la vita microscopica che inevitabilmente viaggia con noi. La gomma siliconica, un materiale apprezzato per la sua flessibilità e capacità di resistere a temperature estreme, funge da sigillante critico che mantiene l'aria all'interno e il vuoto dello spazio all'esterno. È l'eroe non celebrato che tiene insieme i sistemi di supporto vitale e i componenti elettrici. Tuttavia, questo materiale non è immune ai minuscoli funghi che si agganciano ad astronauti e attrezzature. Nell'ambiente caldo, umido e ricco di nutrienti di un'astronave, questi funghi possono stabilirsi sulle superfici di gomma, nutrendosi degli additivi organici lasciati durante la produzione. La domanda per gli ingegneri è stata a lungo se le condizioni uniche dello spazio — specificamente l'assenza di gravità — cambierebbero il modo in cui questi organismi attaccano il loro ospite. L'ambiente fluttuante e privo di peso renderebbe la gomma più vulnerabile, o proteggerebbe in qualche modo il materiale interrompendo la capacità di crescita dei funghi?

Per rispondere a questo, ricercatori del programma spaziale cinese e di varie università hanno condotto un confronto diretto, inviando campioni di gomma siliconica in orbita a bordo della navicella Shenzhou, mantenendo al contempo campioni identici sulla Terra. Entrambi i set di campioni sono stati inoculati con un comune muffa nota come Aspergillus brasiliensis, un fungo spesso presente nel suolo e nella vegetazione in decomposizione. I campioni spaziali hanno trascorso novanta giorni nella reale microgravità della Stazione Spaziale Cinese, mentre i campioni terrestri sono cresciuti in un ambiente di laboratorio controllato che simulava la temperatura e l'umidità della stazione. Riportando i campioni spaziali sulla Terra e analizzandoli insieme ai loro gemelli terrestri, il team ha potuto osservare esattamente come la mancanza di gravità abbia influenzato il comportamento della muffa e il conseguente danno alla gomma.

I risultati hanno rivelato una differenza sorprendente nel comportamento della muffa nei due ambienti. Sulla Terra, la muffa è prosperata. Le spore, ovvero le minuscole unità riproduttive del fungo, si sono depositate pesantemente sulla superficie della gomma, formando densi ammassi. Durante la crescita, hanno secreto una quantità significativa di acidi organici, tra cui un tipo specifico chiamato acido butirrico. Questi acidi hanno agito come un solvente chimico, penetrando nella gomma e degradandone la struttura interna. I ricercatori hanno scoperto che la quantità totale di acido prodotta dalla muffa basata a terra era dieci volte superiore rispetto a quella prodotta dalla muffa nello spazio. Questo assalto chimico ha portato a danni visibili: la superficie della gomma è diventata ruvida, butterata e scagliosa, perdendo la sua finitura liscia e, soprattutto, la sua capacità di resistere al flusso di elettricità. Le proprietà isolanti del materiale sono scese da circa 600 kΩ·cm a circa 330 kΩ·cm, una riduzione di quasi il 50%, segno che le sue catene molecolari interne erano state gravemente compromesse.

Al contrario, la muffa nello spazio ha faticato a stabilire un punto d'appoggio. Senza la gravità che tirasse le spore verso il basso e le mantenesse depositate sulla superficie, il liquido contenente le spore si è comportato diversamente, essendo guidato principalmente dalla tensione superficiale. Ciò ha causato l'accumulo delle spore solo ai bordi delle gocce di liquido, anziché la loro diffusione uniforme sulla gomma. Di conseguenza, la muffa nello spazio è rimasta rada e in gran parte inattiva. Ha prodotto pochissimi acidi organici dannosi e la superficie della gomma è rimasta ampiamente intatta. Sebbene vi fossero alcune piccole crepe dove il liquido si era asciugato, il materiale non ha subito l'erosione diffusa osservata sulla Terra. I ricercatori hanno confermato ciò esaminando la gomma sotto potenti microscopi e utilizzando la luce per rilevare i cambiamenti chimici; i campioni spaziali mostravano molti meno segni della degradazione molecolare che caratterizza il decadimento fungino.

Lo studio conclude che l'ambiente di microgravità altera significativamente il processo di degradazione, risultando in un danno ai materiali minore rispetto alle condizioni terrestri. L'assenza di gravità impedisce alla muffa di formare le colonie dense e produttrici di acidi che sono così distruttive sulla Terra. Invece di uno strato uniforme di decadimento, l'ambiente spaziale produce una colonizzazione parziale e debole che lascia il materiale con un grado di degradazione inferiore. Questa scoperta è fondamentale per il futuro del volo spaziale a lunga durata, poiché suggerisce che le guarnizioni in gomma siliconica potrebbero subire meno usura biologica in orbita rispetto alla Terra. Fornisce agli ingegneri un quadro più chiaro di come i materiali invecchieranno nello spazio, consentendo loro di progettare migliori strategie di protezione e garantire che le guarnizioni critiche che mantengono al sicuro gli astronauti rimangano affidabili per gli anni a venire.