Al microscopio, Le fibre di nylon-6 comprendono fogli di nanomembrane.
microscopicamente, I fogli "nanomembrana" realizzati in nylon assomigliano a una rete aggrovigliata. Le minuscole particelle di ossido di ferro sulle superfici delle fibre possono aiutare a pulire le sostanze chimiche tossiche dall'acqua, ma se le particelle si separano dalla rete, possono diventare essi stessi dei pericoli.
In un nuovo studio, I ricercatori della Cornell hanno esaminato questi speciali fogli di nylon – pieni di particelle di ossido di ferro applicate su nanoscala – per vedere se le particelle si staccano.
Le particelle funzionano come magneti per catturare batteri e virus, e per estrarre sostanze chimiche o molecole coloranti dall'acqua. Membrane con queste particelle attaccate potrebbero essere utilizzate in dispositivi per rilevare la contaminazione dell'acqua o in filtri per rimuovere sostanze chimiche o coloranti dai rifiuti industriali. Però, per essere efficace e sicuro, le particelle devono rimanere sulla membrana. Lo studio ha valutato l'uniformità del trattamento delle nanoparticelle e la ritenzione di particelle delle membrane di nylon mentre venivano lavorate (o lavate) in soluzioni con livelli di pH variabili.
"È fondamentale valutare la ritenzione delle particelle e la stabilità sulle fibre per ridurre la salute umana e i problemi ambientali, " disse Nidia Trejo, uno studente di dottorato Cornell nel campo della scienza delle fibre. Trejo, che con Margaret Frey, professore di scienza delle fibre, autore dello studio, "Uno studio comparativo su elettrospray, strato per strato, e nanomembrane chimicamente innestate caricate con nanoparticelle di ossido di ferro, " nel Journal of Applied Polymer Science , 14 luglio.
La struttura del foglio di nanomembrana sembra un foglio essiccatore ma è composta da strati di minuscoli, fibre orientate casualmente che possono essere viste solo con i microscopi elettronici. Queste nanomembrane hanno un elevato rapporto superficie-volume, che esalta la funzione del materiale.
Nidia Trejo, uno studente di dottorato in scienze delle fibre, conduce ricerche nel laboratorio di Margaret Frey. Sia Trejo che Frey hanno valutato la ritenzione e la stabilità delle particelle su fogli di nanomembrane. Credito:Jason Koski/Fotografia universitaria
I metodi di produzione variano a seconda degli ambienti liquidi in cui verrebbero utilizzate le membrane. L'adesione delle nanoparticelle di ossido di ferro alla fibra di nylon avviene in tre modi:elettrospray, che facilita il posizionamento uniforme delle nanoparticelle nelle fibre; assemblaggio strato per strato, dove le particelle sono rivestite elettrostaticamente sulla fibra; o legame chimico.
"Per la membrana, è importante valutare la ritenzione e la stabilità delle particelle, " Ha spiegato Trejo. "Vorresti che le nanoparticelle rimangano sulle membrane di Nylon 6 in modo che il materiale possa funzionare per tutta la vita. Se il materiale viene utilizzato per applicazioni di trattamento delle acque reflue, non vorresti che le particelle stesse diventino inquinanti se si rilasciano dalle membrane e nell'acqua."
I ricercatori hanno utilizzato una serie di strutture all'avanguardia nel campus. Il Cornell Center for Materials Research (finanziato attraverso il programma Materials Research Science and Engineering Center della National Science Foundation) ha sostenuto questo studio attraverso le sue strutture condivise. Inoltre, Il Nanobiotechnology Center di Cornell e il Cornell Nutrient Analysis Laboratory hanno sostenuto questa ricerca.
LA NANOFIBRA PUO' SALVARTI LA VITA?
I ricercatori del laboratorio della professoressa Margaret Frey creano fibre centinaia di volte più sottili di un capello umano in grado di catturare sostanze chimiche tossiche e agenti patogeni. Le fibre sono state studiate e combinate per prevenire la diffusione di agrofarmaci e per catturare sostanze tossiche nei liquidi.
Minuscolo, i dispositivi complessi sono tradizionalmente realizzati in camere bianche ad alta tecnologia utilizzando attrezzature costose e materiali costosi, come l'oro. Frey e i suoi colleghi stanno sostituendo quel costo realizzando i dispositivi con nanofibre di plastica, fuori dalla camera bianca, utilizzando un economico, processo scalabile:elettrofilatura.
Usando le nanofibre, processi eseguiti in un laboratorio di analisi mediche, ad esempio campioni purificanti, mescolare gli ingredienti, catturare i batteri – può essere fatto con materiale delle dimensioni di un mazzo di carte. Le fibre sono un veloce, modo facile ed economico per concentrarsi su E. coli, tossina del colera o agenti cancerogeni e per migliorare l'accuratezza del rilevamento. Infine, queste fibre faranno parte di dispositivi economici e facili da usare come i test di gravidanza domestici e diagnosticheranno malattie senza richiedere laboratori specializzati, particolarmente utili nelle regioni con accesso limitato a medici e ospedali.
Per evitare che i pesticidi danneggino l'ambiente, Frey e i suoi studenti hanno incapsulato pesticidi in nanofibre biodegradabili. This keeps them intact until needed or makes sure they do not wash away from the plants they protect. The delivery system is created by electrospinning solutions of cellulose, 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, " lei disse.
