Quasi leggero come l'aria, questi aerogel di cellulosa completamente naturali possono essere realizzati in modo sostenibile, a buon mercato e con tutti i materiali naturali. Sono anche biointerattivi, quindi possono essere utilizzati per scopi terapeutici. Credito:Andrew Marais
Una nuova tecnica a basso costo e sostenibile aumenterebbe le possibilità per ospedali e cliniche di fornire terapie con aerogel, un materiale simile alla schiuma che ora si trova in applicazioni high-tech come l'isolamento per tute spaziali e intonaci traspiranti.
Con l'aiuto di un normale congelatore da cucina, questa nuova forma di aerogel è stata realizzata con tutti gli ingredienti naturali, tra cui cellulosa vegetale e alghe, dice Jowan Rostami, ricercatore in tecnologia delle fibre presso il KTH Royal Institute of Technology di Stoccolma.
Rostami afferma che la bassa densità dell'aerogel e l'area superficiale favorevole lo rendono ideale per una vasta gamma di usi, compreso il rilascio temporizzato del farmaco e la medicazione della ferita.
L'anticipo è stato riportato sulla rivista scientifica, Materiali oggi , dai ricercatori del Dipartimento di tecnologia delle fibre e dei polimeri del KTH, il Dipartimento di Ingegneria Meccanica presso KTH, il Wallenberg Wood Science Center al KTH, e la Divisione di Meccanica dei Solidi presso l'Università di Lund.
La densità dell'aerogel potrebbe essere ridotta a livelli bassi come 2 kg per metro cubo, che il suo team di ricerca ritiene sia tra le densità più basse registrate per materiali simili, lei dice.
"Per darti un'idea di quanto sia leggera, la densità dell'aria è di 1,23 kg per metro cubo."
Al fine di dimostrare che il materiale può essere utilizzato per la somministrazione controllata di terapie., i ricercatori hanno attaccato le proteine all'aerogel attraverso un processo di autoassemblaggio a base d'acqua.
"L'aerogel è progettato per la biointerattività, quindi può ad esempio essere usato per curare ferite o altri problemi medici, " dice Rostami.
Con un volume d'aria fino a quasi il 99,9 percento, gli aerogel sono superleggeri ma resistenti (l'aerogel KTH è quasi il 99 percento di aria). Sono stati utilizzati in una vasta gamma di prodotti dalla metà del 20 ° secolo, dalla cura della pelle alla pittura, e numerosi materiali per la costruzione di edifici.
I progressi tecnici hanno permesso di produrre aerogel da cellule vegetali, o nanofibrille di cellulosa, che hanno generato interesse per applicazioni ambientali come la purificazione dell'acqua e l'isolamento domestico. Il processo di base per gli aerogel a base di nanocellulosa prevede la dispersione di nanofibrille in acqua, e poi asciugare la miscela.
Ma i passaggi lungo la strada sono dispendiosi in termini di energia e tempo, in parte perché richiedono la liofilizzazione o l'essiccazione in punti critici con CO 2 gas.
"Utilizziamo invece un approccio sostenibile, " dice Rostami. "È semplice ma sofisticato."
Le fibrille vengono mescolate in acqua con alginato, un polimero naturale nelle alghe, e quindi viene aggiunto carbonato di calcio. Nel congelatore, l'acqua si trasforma in ghiaccio e comprime insieme questi componenti, rendendo un idrogel congelato.
L'idrogel congelato viene rimosso dal congelatore e posto in acetone, che non solo rimuove l'acqua ed evapora rapidamente, ma aggiungendo un po' di acido all'acetone, scioglie le particelle di carbonato di calcio e rilascia CO 2 —generando le bolle che potrebbero rendere il materiale più poroso.
La dissoluzione del carbonato di calcio consente un ulteriore vantaggio:rilascia ioni calcio che reticolano con l'alginato e i CNF, conferendo all'aerogel stabilità all'umidità e la sua capacità di recuperare la sua forma dopo essere stato soffuso di liquido.
Rostami afferma che questa qualità aumenta ulteriormente l'utilità dell'aerogel in più applicazioni, "senza utilizzare costosi, processi che consumano tempo ed energia, sostanze chimiche tossiche o chimica complicata."
