Bajo un microscopio Las fibras de nailon-6 comprenden láminas de nanomembranas.
Microscópicamente, Las láminas de "nanomembrana" hechas de nailon se asemejan a una red enredada. Las diminutas partículas de óxido de hierro en las superficies de las fibras pueden ayudar a limpiar los químicos tóxicos del agua. pero si las partículas se separan de la red, ellos mismos pueden convertirse en peligros.
En un nuevo estudio, Los investigadores de Cornell examinaron estas láminas especiales de nailon, repletas de partículas de óxido de hierro a nanoescala aplicadas, para ver si las partículas se sueltan.
Las partículas funcionan como imanes para capturar bacterias y virus. y extraer del agua sustancias químicas o colorantes. Las membranas con estas partículas adheridas podrían usarse en dispositivos para detectar la contaminación del agua o en filtros para eliminar químicos o tintes de los desechos industriales. Sin embargo, para ser eficaz y seguro, las partículas deben permanecer en la membrana. El estudio evaluó la uniformidad del tratamiento de nanopartículas y la retención de partículas de las membranas de nailon a medida que se procesaban (o lavaban) en soluciones de diferentes niveles de pH.
"Es fundamental evaluar la retención de partículas y la estabilidad en las fibras para reducir las preocupaciones ambientales y de salud humana, "dijo Nidia Trejo, estudiante de doctorado de Cornell en el campo de la ciencia de las fibras. Trejo, quien con Margaret Frey, profesor de ciencia de la fibra, fue el autor del estudio, "Un estudio comparativo sobre electropulverización, capa por capa, y nanomembranas injertadas químicamente cargadas con nanopartículas de óxido de hierro, " en el Revista de ciencia aplicada de polímeros , 14 de julio.
La estructura de la hoja de nanomembrana parece una hoja de secado, pero está hecha de capas de pequeñas fibras orientadas al azar que solo se pueden ver con microscopios electrónicos. Estas nanomembranas tienen una alta relación superficie-volumen, lo que mejora la función del material.
Nidia Trejo, un estudiante de doctorado en ciencias de la fibra, realiza investigaciones en el laboratorio de Margaret Frey. Tanto Trejo como Frey evaluaron la retención y estabilidad de partículas en láminas de nanomembranas. Crédito:Jason Koski / Fotografía universitaria
Los métodos de fabricación varían según los entornos líquidos en los que se utilizarían las membranas. La adhesión de nanopartículas de óxido de hierro a la fibra de nailon se realiza de tres formas:electropulverización, lo que facilita la colocación uniforme de nanopartículas en las fibras; montaje capa por capa, donde las partículas se recubren sobre la fibra electrostáticamente; o enlace químico.
"Para la membrana, es importante evaluar la retención y estabilidad de partículas, "Trejo explicó." Usted querría que las nanopartículas permanezcan en las membranas de Nylon 6 para que el material pueda funcionar durante toda su vida útil. Si el material se utiliza para aplicaciones de tratamiento de aguas residuales, no querría que las partículas mismas se conviertan en contaminantes si se liberan de las membranas hacia el agua ".
Los investigadores utilizaron una variedad de instalaciones de última generación en el campus. El Centro de Investigación de Materiales de Cornell (financiado a través del programa Centro de Ciencia e Ingeniería de Investigación de Materiales de la National Science Foundation) apoyó este estudio a través de sus instalaciones compartidas. Adicionalmente, El Centro de Nanobiotecnología de Cornell y el Laboratorio de Análisis de Nutrientes de Cornell apoyaron esta investigación.
¿PUEDE LA NANOFIBRA SALVAR SU VIDA?
Los investigadores del laboratorio de la profesora Margaret Frey crean fibras cientos de veces más delgadas que un cabello humano que pueden capturar sustancias químicas tóxicas y patógenos. Las fibras se han diseñado y combinado para prevenir la propagación de productos químicos agrícolas y capturar sustancias tóxicas en líquidos.
Diminuto, Los dispositivos complejos se fabrican tradicionalmente en salas blancas de alta tecnología utilizando equipos costosos y materiales costosos. como el oro. Frey y sus colegas están reemplazando ese costo al fabricar los dispositivos con nanofibras de plástico, fuera de la sala limpia, usando un económico, proceso escalable:electrohilado.
Usando nanofibras, procesos realizados en un laboratorio de pruebas médicas, por ejemplo, purificar muestras, mezclar ingredientes, captura de bacterias:se puede hacer con material del tamaño de una baraja de cartas. Las fibras son rápidas, una forma fácil y económica de concentrarse en E. coli, toxina del cólera o carcinógenos y para mejorar la precisión de la detección. Finalmente, estas fibras serán parte de dispositivos tan económicos y fáciles de usar como las pruebas de embarazo caseras y diagnosticarán enfermedades sin necesidad de laboratorios especializados, particularmente útiles en regiones con acceso limitado a médicos y hospitales.
Para evitar que los pesticidas dañen el medio ambiente, Frey y sus estudiantes han encapsulado pesticidas en nanofibras biodegradables. Esto los mantiene intactos hasta que se necesiten o asegura que no se laven de las plantas que protegen. El sistema de entrega se crea mediante soluciones de electrohilado de celulosa, the pesticide and polylactic acid – a polymer derived from corn.
The materials are biodegradable and derived from renewable resources. "The chemical is protected, so it won't degrade from being exposed to air and water, " Frey said, explaining that this keeps the chemical where it needs to be and allows it to time-release. "By allowing rapid detection of disease and preventing agricultural chemical release into the environment, these nanofibers just might save a life, " ella dijo.
