I ricercatori della NC State stanno trasformando i sottoprodotti del legno in idrogel sensoriali che possono reagire a diversi stimoli e, attraverso metodi di produzione avanzati, sono trasformati in sostenibili, materiali intelligenti biodegradabili che possono essere utilizzati in agricoltura, assistenza sanitaria e persino medicina veterinaria.

"Il futuro è più sostenibile, e nanotecnologie, nanomateriali e biomateriali, quelli fanno parte di quel futuro, " disse Lokendra amico, professore associato di biomateriali forestali presso il College of Natural Resources.

Gli idrogel sono porosi, materiali polimerici che contengono fino al 90% di acqua. Perché sono pesanti d'acqua, sono permeabili a livello molecolare, il che significa che possono essere alterati da modifiche chimiche e meccaniche per cambiare fisicamente e chimicamente quando si incontrano determinati stimoli, come la temperatura, pressione e umidità. Questi cambiamenti possono essere monitorati da trasduttori elettrici o meccanici o semplicemente a vista.

I ricercatori del Dipartimento di biomateriali forestali hanno trasformato carbossimetilcellulosa e nanomateriali di cellulosa, che sono abbondantemente disponibili da alberi e residui agricoli, in idrogel biodegradabili utilizzando una produzione avanzata. L'innovazione è una soluzione sostenibile a una serie di grandi problemi. Prendere, Per esempio, insicurezza alimentare, che è influenzato da parassiti, malattie delle piante e cambiamenti climatici.

"Stiamo guardando un'agricoltura verde, " ha detto Pal. "Alcune piante rispondono a diverse lunghezze d'onda della luce, quindi il materiale può essere utilizzato in serre o altri luoghi suscettibili. Le lunghezze d'onda possono essere dirette in modo che le piante possano crescere più velocemente. Agricoltura, soprattutto nelle regioni più popolate del mondo, soffrirà di stress eccessivo sulle piante indotto dai cambiamenti climatici. Questi materiali possono fornire un microambiente per affrontarlo".

E mentre la popolazione mondiale invecchia, c'è un crescente bisogno di cure assistite, strumenti diagnostici e dispositivi sensoriali. Il materiale può essere utilizzato anche nelle lenti a contatto, incontrando l'attrito degli occhi, fabbisogno di ossigeno e comfort.

"Possiamo mettere a punto le proprietà dei materiali, come la velocità di trasmissione dell'ossigeno, e possono essere personalizzati per le esigenze delle persone e realizzati su richiesta utilizzando una stampante 3D, "Ha detto Pal. "Non esiste una taglia unica".

Gli idrogel sono così personalizzabili che Pal e i suoi colleghi stanno esplorando la creazione di una lente simile per gli animali. Durante la partecipazione al programma Innovation Corps della National Science Foundation, si sono resi conto che gli animali che si stavano riprendendo da lesioni agli occhi o interventi chirurgici potevano trarre beneficio da una fasciatura sensoriale di tipo gel.

"Gli esseri umani possono dirti se hanno problemi con gli occhi, " ha detto Pal. "Poiché questi idrogel hanno un meccanismo di rilevamento, un trigger può far cambiare colore o avere un'altra reazione. Gli animali non possono parlarti, ma con questi puoi vedere cosa sta succedendo."

L'obiettivo ora è collaborare con il College of Veterinary Medicine dell'NC State per ulteriori ricerche e test. Mentre questo processo è in corso, potrebbe passare un anno prima che il team porti sul mercato idrogel sensoriali per l'agricoltura, studiare la protezione delle colture e l'agricoltura biologica. Quel processo, pure, è altamente collaborativo, proprio come lo è il College of Natural Resources.

"Se guardi al nostro college, uno dei nostri maggiori punti di forza sono i nostri diversi reparti, " Pal ha detto. "La silvicoltura può geneticamente e biotecnologicamente progettare e piantare semi per alberi e foreste a crescita più rapida e privi di malattie. Il nostro dipartimento li prende e lavora attraverso processi chimici più ecologici e produzione avanzata per trasformarli in vari bioprodotti, biochimica e bioenergia. Parchi, Ricreazione e gestione del turismo guarda a tutti gli aspetti umani. Insieme possiamo iniziare a coltivare alberi attraverso una gestione sostenibile delle foreste e creare futuri materiali a base biologica a beneficio della società e dell'ambiente nel suo insieme".