Los nanotejidos son textiles diseñados con pequeñas partículas que otorgan a los materiales ordinarios propiedades ventajosas como superhidrofobicidad (resistencia extrema al agua, ver también " efecto Lotus "), [1] eliminación de olores y humedad, [2] mayor elasticidad y resistencia, [3] y resistencia bacteriana. [4] Dependiendo de la propiedad deseada, un nanotejido se construye a partir de fibras nanoscópicas llamadas nanofibras , o se forma aplicando una solución que contiene nanopartículas a un tejido regular. La investigación de nanotejidos es un esfuerzo interdisciplinario que involucra bioingeniería , [5] química molecular , física , ingeniería eléctrica , informática e ingeniería de sistemas . [3] Las aplicaciones de los nanotejidos tienen el potencial de revolucionar la fabricación textil [6] y áreas de la medicina como la administración de fármacos y la ingeniería de tejidos . [7]
Una fibra que tiene un ancho de menos de 1000 nanómetros (1000 nm o 1 μm) generalmente se define como una nanofibra . [9] Una nanopartícula se define como un pequeño grupo de átomos o moléculas con un radio de menos de 100 nanómetros (100 nm). [10] Las partículas en la nanoescala tienen una relación área superficial a volumen muy alta , mientras que esta relación es mucho menor para los objetos en la escala macroscópica . Una alta área superficial relativa significa que una gran proporción de la masa de una partícula existe en su superficie, por lo que las nanofibras y nanopartículas muestran un mayor nivel de interacción con otros materiales. La alta relación área superficial a volumen observada en partículas muy pequeñas es lo que hace posible crear muchas propiedades especiales exhibidas por los nanotejidos. [11]
El uso de nanopartículas y nanofibras para producir nanotejidos especializados se convirtió en un tema de interés después de que las técnicas sol-gel [12] y electrohilado [13] se desarrollaron completamente en la década de 1980. [14] Desde 2000, los aumentos dramáticos en la financiación global han acelerado los esfuerzos de investigación en nanotecnología , incluida la investigación de nanotejidos. [15]
El proceso sol-gel se utiliza para crear soluciones tipo gel que se pueden aplicar a los textiles como un acabado líquido para crear nanotelas con propiedades novedosas. [16] El proceso comienza con la disolución de nanopartículas en un disolvente líquido (a menudo un alcohol ). Una vez disueltas , se producen varias reacciones químicas que hacen que las nanopartículas crezcan y establezcan una red en todo el líquido. [17] La red transforma la solución en un coloide (una suspensión de partículas sólidas en un líquido) con una textura gelatinosa. Finalmente, el coloide debe pasar por un proceso de secado para eliminar el exceso de disolvente de la mezcla antes de que pueda usarse para tratar telas. [18] El proceso sol-gel se utiliza de manera similar para hacer nanofibras de polímero , que son cadenas largas y ultrafinas de proteínas unidas entre sí.
El electrohilado extrae nanofibras de soluciones de polímeros (sintetizadas mediante el proceso sol-gel ) y las recoge para formar nanotelas no tejidas. [19] Se aplica un campo eléctrico fuerte a la solución para cargar las hebras de polímero . La solución se coloca en una jeringa y se dirige a una placa colectora con carga opuesta. Cuando la fuerza de atracción entre las nanofibras de polímero y la placa colectora excede la tensión superficial de la solución , las nanofibras se liberan de la solución y se depositan en la placa colectora. Las fibras depositadas forman una nanotela porosa que puede ayudar en la administración de fármacos y la ingeniería de tejidos según el tipo de polímero utilizado. [20]
Cuando se aplican recubrimientos nanotecnológicos a los tejidos, las nanopartículas forman enlaces fácilmente con las fibras del material. La gran área superficial en relación con el volumen de las partículas aumenta su reactividad química , lo que les permite adherirse a los materiales de forma más permanente. Los tejidos tratados con recubrimientos de nanopartículas durante la fabricación producen materiales que matan las bacterias, eliminan la humedad y el olor y evitan la electricidad estática . Los recubrimientos de nanofibras de polímero aplicados a los textiles se adhieren al material en un extremo del polímero , formando una superficie de estructuras diminutas similares a pelos. [16] Los "pelos" de polímero crean una capa fina que evita que los líquidos entren en contacto con el tejido real. Los nanotejidos con propiedades a prueba de suciedad, a prueba de manchas y superhidrofóbicas son posibles como resultado de la capa formada por nanofibras de polímero . [6]
El desarrollo de nanotejidos para su uso en la industria textil y de la confección se encuentra todavía en sus primeras etapas. Algunas aplicaciones, como la ropa resistente a las bacterias, aún no son prácticas desde un punto de vista económico. Por ejemplo, el prototipo de chaqueta bactericida de un estudiante de la Universidad de Cornell costó 10.000 dólares solamente, [4] por lo que puede pasar mucho tiempo antes de que la ropa hecha con nanotejidos esté en el mercado.
Los nanotejidos utilizados en medicina pueden administrar antibióticos , fármacos contra el cáncer, proteínas y ADN en cantidades precisas. El electrohilado crea nanotejidos porosos que pueden cargarse con el fármaco deseado y luego aplicarse al tejido de la zona objetivo. El fármaco pasa a través del tejido por difusión , un proceso en el que las sustancias se mueven a través de una membrana desde una concentración alta a una baja . La velocidad a la que se administra el fármaco se puede cambiar modificando la composición del nanotejido. [21]
Las telas no tejidas fabricadas mediante electrohilado tienen el potencial de ayudar al crecimiento de tejido orgánico, hueso , neuronas , tendones y ligamentos . Los nanotejidos de polímeros pueden actuar como un andamio para sostener el tejido dañado o como un sustituto sintético del tejido real. Dependiendo de la función, el nanotejido puede estar hecho de polímeros naturales o sintéticos , o una combinación de ambos. [20]
A medida que avanza la nanotecnología , se han realizado muchos estudios para determinar los efectos que los materiales nanodiseñados pueden tener sobre el medio ambiente . [22] La mayoría de los textiles pueden perder hasta el 20% de su masa durante su vida útil, por lo que las nanopartículas utilizadas en la producción de nanotejidos corren el riesgo de liberarse al aire y a las vías fluviales. [23]
Se espera que hasta el 49,5% de la producción mundial de nanoplata se destine a la industria de los nanotextiles debido a sus propiedades antibacterianas . Se predice que el 20% de la nanoplata utilizada en la industria de los nanotejidos se liberará en las vías fluviales, lo que podría causar daños a los microorganismos. Sin embargo, más del 90% de la nanoplata se elimina durante el tratamiento en las instalaciones de aguas residuales, por lo que es probable que el impacto ambiental sea mínimo. [24] Un estudio sobre nanopartículas de óxido de aluminio mostró que la inhalación causó inflamación en los pulmones de ratas. [25] Las nanopartículas de óxido de aluminio no se utilizan en grandes cantidades, por lo que sus riesgos para la salud son insignificantes. Otros estudios realizados para nanopartículas sugieren que su impacto ambiental debería ser bajo a medida que la industria de los nanotextiles continúa creciendo.