Un equipo de investigación del Instituto de Biofísica Teórica y Experimental de la Academia de Ciencias de Rusia ha sintetizado un material que es perfecto para la protección de los órganos respiratorios. investigación analítica y otros fines prácticos. Un tejido casi ingrávido de nanofibras de nailon con un diámetro inferior a 15 nm supera a cualquier otro material similar en cuanto a filtrado y propiedades ópticas.
Los científicos, cuyo trabajo se publica en el Revista europea de polímeros , caracterizar su material como ligero (10-20 mg / m2), casi invisible (95 por ciento de transmisión de luz, más que el del cristal de una ventana), mostrando baja resistencia al flujo de aire e interceptación eficiente de <1 micrómetro de partículas finas.
"Nanofibras" es más que una palabra de moda en el artículo de los investigadores. Previamente, el mismo equipo demostró que la reducción del diámetro de la fibra de 200 nm a 20 nm disminuyó la resistencia del filtro al flujo de aire en dos tercios, y que este efecto ya no podría explicarse por la aerodinámica clásica. Cuando el tamaño de un obstáculo es menor que el camino libre de las moléculas de gas, los métodos estándar que estiman la resistencia aerodinámica basados en la teoría del continuo ya no funcionan. En condiciones normales, el camino libre medio de las moléculas de aire es de 65 nm.
El camino libre medio es la distancia media que recorre una molécula antes de chocar con otra. Si todos los obstáculos son mayores que este valor, la corriente libre que llega a ellos puede considerarse un medio continuo.
Los científicos utilizaron una técnica llamada electrohilado en la que se expulsa un chorro de un polímero disuelto a través de una boquilla especial dirigida a un objetivo bajo la influencia de un campo eléctrico. El etanol se rocía eléctricamente desde el lado opuesto. El chorro de polímero y los iones de alcohol toman cargas eléctricas opuestas. Chocando en el aire forman películas fibrosas ultrafinas. La tecnología de electrohilado como una forma de producir filtros fibrosos no tejidos se desarrolló en la década de 1950 para purificar el aire en la industria atómica. Sin embargo, los investigadores introdujeron una mejora importante. En lugar de obtener nanomates sobre un sustrato conductor sólido, la nueva tecnología produjo un filtro libre que cubre un agujero de 55 mm en una pantalla de policarbonato no conductor.
El trabajo publicado completa el ciclo de artículos de los autores dedicados al desarrollo de la tecnología de fabricación y estudios de nanofiltros fabricados mediante este nuevo proceso. Las propiedades ópticas y de filtrado únicas se originan en un mecanismo especial de "curación" de agujeros y defectos en filtros independientes. Dichos agujeros atraen literalmente las fibras que aterrizan en la superficie del filtro. Como resultado, se puede obtener un buen filtro sin grandes agujeros a partir de una cantidad mínima de nanofibras, y, en consecuencia, con una mínima resistencia al flujo de aire. Es más, La cicatrización activa de grandes agujeros entre hilos proporciona a los filtros las propiedades inherentes a los filtros con poros calibrados. las llamadas membranas grabadas con huellas (nuclepores). Los científicos también han demostrado que el mecanismo de "curación" no funciona en la técnica de electrohilado convencional en la que las nanofibras se depositan sobre un sustrato conductor de forma completamente aleatoria.
La prueba de nailon-4, 6 películas electrohiladas demostraron que las telas casi ingrávidas e invisibles atrapan no menos del 98 por ciento de las partículas de polvo en el aire. Para las pruebas, los científicos utilizaron partículas de 0,2 a 0,3 micrones de diámetro. Esto corresponde aproximadamente a la cantidad de polvo que no es atrapado por la faringe nasal y penetra en los pulmones. causando una serie de condiciones médicas peligrosas. Partículas submicrónicas ( <1 micrómetro de diámetro) son los que también se utilizan para probar filtros industriales y médicos. Para evaluar el desempeño, También se prueba la resistencia al flujo de aire.
Hasta ahora se han realizado experimentos para medir la resistencia en muestras singulares. En los filtros reales se utiliza normalmente una superficie multicapa con una configuración compleja. Los experimentos demostraron que el nailon-4, El material filtrante 6 tenía las mejores propiedades de todos los tipos de tejidos descritos anteriormente. En términos de la proporción de interceptación a la relación de peso del filtro y la resistencia de intercepción a la relación de flujo de aire, el nuevo material de filtrado supera en varias ocasiones a los equivalentes existentes.
Discutiendo las posibles aplicaciones de este material, los científicos afirman que es más que la purificación obvia del aire y el agua a partir de partículas. Dado que el material supera al vidrio en transparencia, se puede utilizar en investigación biológica. Por ejemplo, después de bombear aire o agua a través del nuevo filtro, Los microorganismos interceptados se pueden observar directamente en el filtro transparente bajo un microscopio. De nuevo, este efecto se debe a los hilos ultrafinos. Su grosor es significativamente menor que incluso la longitud de onda de la luz visible.
