L'ultimo decennio ha visto un aumento delle pubblicazioni scientifiche e dei brevetti sulla cellulosa, il polimero naturale più abbondante. Esaminando questi documenti, un ricercatore del dipartimento di progettazione grafica e progetti di ingegneria dell'UPV/EHU ha esplorato il livello di sviluppo di materiali nanoibridi realizzati con nanocristalli di cellulosa combinati con particelle organiche e inorganiche. La revisione si concentra sui metodi di produzione, tipi di nanoibridi creati, e le loro applicazioni.

Erlantz Lizundia-Fernandez, che insegna nel dipartimento di progettazione grafica e progetti di ingegneria dell'UPV/EHU, funziona con polimeri rinnovabili. "Stiamo cercando di portare avanti l'economia circolare, quindi utilizziamo materiali rinnovabili per sostituire le applicazioni che attualmente provengono dal petrolio, o, Per esempio, quindi possono essere utilizzati per sostituire elementi scarsi come il litio o il cobalto. La mia ricerca si concentra sulla cellulosa, e tra tutti i tipi di cellulosa, Ho lavorato principalmente con nanocristalli, " Egli ha detto.

In qualità di esperto in materia, Lizundia ha passato in rassegna, insieme ad altri tre ricercatori italiani e canadesi, i principali sviluppi e progressi emersi di recente nell'area dei nanocristalli di cellulosa. "Esiste un numero enorme di documenti di ricerca che spiegano la sintesi di materiali di questo tipo e che sono orientati verso ciò che è noto come proof of concept, in altre parole, per dimostrare che possono essere utilizzati per un'applicazione specifica. I nanocristalli di cellulosa sono stati ampiamente utilizzati per rafforzare meccanicamente i polimeri. Eppure non ci sono quasi opere che cataloghino e spieghino le applicazioni dei materiali ibridi prodotti utilizzando nanocristalli di cellulosa. Questo è ciò che abbiamo contribuito:abbiamo descritto lo stato dell'arte in questo settore della conoscenza conducendo un'approfondita revisione degli articoli pubblicati al riguardo, " ha spiegato il ricercatore.

I cristalli di cellulosa possono essere estratti da qualsiasi oggetto che contenga cellulosa, sia esso un albero o un giornale, e questi cristalli sono usati come base, come una matrice, produrre materiali multifunzionali ibridandoli con altri componenti, come nanoparticelle di ossido di metallo, nanoparticelle di carbonio o altre di origine naturale. I materiali creati hanno numerose proprietà interessanti:sono rinnovabili e biodegradabili, possono essere ottenuti in modo semplice ed economico, offrono una grande flessibilità, sono di bassa densità e alta porosità, e hanno una meccanica eccellente, proprietà termiche e fisico-chimiche, tra l'altro. Nell'analisi hanno esplorato in profondità tre aspetti dei materiali ibridi:il processo di fabbricazione mediante il quale sono formati, i tipi di materiali ibridi prodotti, e le applicazioni per le quali vengono utilizzati.

Un'intera gamma di applicazioni in ingegneria e medicina

Lizundia e gli altri ricercatori hanno esaminato i metodi di produzione utilizzati per formare materiali ibridi con una gamma di morfologie e forme. "Il metodo più utilizzato è il più semplice di tutti, " dicevano nell'articolo:i nanocristalli di cellulosa e gli altri elementi destinati a formare il materiale ibrido vengono miscelati in una soluzione; questa soluzione viene decantata su una superficie e l'acqua viene lasciata evaporare." Attraverso questa tecnica i nanocristalli di cellulosa producono strutture a forma di elica, strutture nematiche chirali. "La particolarità di queste strutture è che forniscono al materiale un colore strutturale. I nanocristalli sono organizzati in strati e, a seconda della distanza tra gli strati, il materiale ibrido rifletterà la luce in una lunghezza d'onda o nell'altra, che è come dire che sarà di un colore o di un altro, "aggiunse Lizundia.

Oltre al metodo di fabbricazione sopra menzionato, lo studio ha anche preso in considerazione il filtraggio, Stampa 3D, assemblaggio strato per strato e il processo sol-gel in considerazione. In tutti i casi si descrive il grado di sviluppo del metodo e si citano le caratteristiche dei materiali da esso prodotti. Però, un intero capitolo è poi dedicato alle caratteristiche dei nanoibridi formatisi nei vari studi analizzati; segue una classificazione in termini di elementi aggiunti ai nanocristalli:metalli, ossidi metallici, nanofibre e nanoparticelle di carbonio, strati di grafene, nanoparticelle luminescenti, ecc. Infine, vengono esaminate le applicazioni proposte per i materiali ibridi, concentrandosi principalmente sui campi dell'ingegneria e della medicina. Sensori, convertitori catalitici, Tra le applicazioni ingegneristiche spiccano i materiali per il trattamento delle acque reflue e le applicazioni energetiche sviluppate mediante nanocristalli di cellulosa. E tra quelli orientati alle applicazioni mediche citano i contributi apportati dai materiali alle aree, come l'ingegneria dei tessuti, consegna farmaci, soluzioni antibatteriche o medicazioni per ferite.

In ciascuna delle parti citate si passa in rassegna ciò che è stato realizzato nei diversi pezzi di ricerca, ma in qualità di esperti in materia forniscono anche una propria valutazione sulle potenzialità dei materiali e su ciò che resta da sviluppare. Lizundia è giunta alla seguente conclusione:"Questo lavoro è servito a riunire tutta la ricerca diffusa in diverse località, e offriamo un quadro completo del livello di sviluppo dei materiali ibridi. In questo modo speriamo che l'interesse nei loro confronti aumenti e che la ricerca in questo settore sia incoraggiata per colmare le lacune che abbiamo trovato, come uno studio sulla nanotossicità nelle applicazioni mediche o la determinazione dell'impatto ambientale di questi materiali."