Las nanofibras son fibras con diámetros en el rango nanométrico (normalmente, entre 1 nm y 1 μm). Las nanofibras pueden generarse a partir de diferentes polímeros y, por tanto, tienen diferentes propiedades físicas y potenciales de aplicación. Ejemplos de polímeros naturales incluyen colágeno , celulosa , fibroína de seda , queratina , gelatina y polisacáridos como el quitosano y el alginato . [1] [2] Ejemplos de polímeros sintéticos incluyen poli(ácido láctico) (PLA), policaprolactona (PCL), [3] poliuretano (PU), poli(ácido láctico-co-glicólico) (PLGA), poli(3- hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) (PHBV) y poli(etileno-co-acetato de vinilo) (PEVA). [1] [2] Las cadenas poliméricas están conectadas mediante enlaces covalentes . [4] Los diámetros de las nanofibras dependen del tipo de polímero utilizado y del método de producción. [5] Todas las nanofibras poliméricas son únicas por su gran relación superficie-volumen, alta porosidad, resistencia mecánica apreciable y flexibilidad en la funcionalización en comparación con sus contrapartes de microfibra . [1] [2] [6]
Existen muchos métodos diferentes para fabricar nanofibras, incluido el estirado, el electrohilado , el autoensamblaje , la síntesis de plantillas y la separación de fases inducida térmicamente. El electrohilado es el método más utilizado para generar nanofibras debido a su sencilla configuración, la capacidad de producir en masa nanofibras continuas a partir de varios polímeros y la capacidad de generar fibras ultrafinas con diámetros, composiciones y orientaciones controlables. [6] Esta flexibilidad permite controlar la forma y disposición de las fibras de modo que se puedan fabricar diferentes estructuras ( es decir, huecas, planas y con forma de cinta) dependiendo de los propósitos de aplicación previstos.
Las nanofibras tienen muchas posibles aplicaciones tecnológicas y comerciales. Se utilizan en ingeniería de tejidos, [1] [2] [7] administración de fármacos, [8] [9] [10] material de recubrimiento de semillas, [11] [12] [13] diagnóstico de cáncer, [14] [15] [16] batería de litio-aire, [17] [18] [19] sensores ópticos, [20] [21] [22] filtración de aire, [23] [24] [25] baterías de flujo redox [26] y compuestos materiales. [27]
Las nanofibras se produjeron por primera vez mediante electrohilado hace más de cuatro siglos. [28] [29] Comenzando con el desarrollo del método de electrohilado, el físico inglés William Gilbert (1544-1603) documentó por primera vez la atracción electrostática entre líquidos preparando un experimento en el que observó que una gota de agua esférica sobre una superficie seca se deformaba en una forma de cono cuando se sostenía debajo de un ámbar cargado eléctricamente. [30] Esta deformación pasó a conocerse más tarde como cono de Taylor . [31] En 1882, el físico inglés Lord Rayleigh (1842-1919) analizó los estados inestables de las gotas de líquido que estaban cargadas eléctricamente y observó que el líquido era expulsado en diminutos chorros cuando se establecía el equilibrio entre la tensión superficial y la fuerza electrostática . [32] En 1887, el físico británico Charles Vernon Boys (1855-1944) publicó un manuscrito sobre el desarrollo y la producción de nanofibras. [33] En 1900, el inventor estadounidense John Francis Cooley (1861-1903) presentó la primera patente moderna de electrohilado. [34]
Anton Formhals fue la primera persona que intentó producir nanofibras entre 1934 y 1944 y publicó la primera patente que describe la producción experimental de nanofibras. [29] En 1966, Harold Simons publicó una patente para un dispositivo que podía producir tejidos de nanofibras finos y ligeros con diversos motivos. [35]
Sólo a finales del siglo XX las palabras electrohilado y nanofibras se convirtieron en lenguaje común entre científicos e investigadores. [28] [29] El electrohilado continúa desarrollándose en la actualidad.
Existen muchas técnicas químicas y mecánicas para preparar nanofibras.
El electrohilado es el método más utilizado para fabricar nanofibras. [36] [6] [37] [38] [39] [40] Los instrumentos necesarios para el electrohilado incluyen un proveedor de alto voltaje, un tubo capilar con una pipeta o aguja de pequeño diámetro y una pantalla colectora de metal. Un electrodo se coloca en la solución de polímero y el otro electrodo se conecta al colector. Se aplica un campo eléctrico al extremo del tubo capilar que contiene la solución polimérica mantenida por su tensión superficial y forma una carga en la superficie del líquido. A medida que aumenta la intensidad del campo eléctrico, la superficie hemisférica del fluido en la punta del tubo capilar se alarga para formar una forma cónica conocida como cono de Taylor . Se alcanza un valor crítico al aumentar aún más el campo eléctrico en el que la fuerza electrostática repulsiva supera la tensión superficial y el chorro de fluido cargado es expulsado desde la punta del cono de Taylor. El chorro de solución de polímero descargado es inestable y, como resultado, se alarga, permitiendo que el chorro se vuelva muy largo y delgado. Las fibras de polímero cargadas se solidifican con la evaporación del disolvente. [6] [41] Las nanofibras orientadas aleatoriamente se recogen en el colector. Las nanofibras también se pueden recolectar de una manera altamente alineada mediante el uso de colectores especializados, como el tambor giratorio , [42] la estructura metálica, [43] o un sistema de dos placas paralelas. [44] Parámetros como el movimiento de la corriente en chorro y la concentración de polímeros deben controlarse para producir nanofibras con diámetros y morfologías uniformes. [45]
La técnica del electrohilado transforma muchos tipos de polímeros en nanofibras. Una red de nanofibras electrohiladas se parece mucho a la matriz extracelular (ECM). [6] [46] [47] Esta semejanza es una ventaja importante del electrohilado porque abre la posibilidad de imitar el ECM con respecto a los diámetros de las fibras, la alta porosidad y las propiedades mecánicas. El electrohilado se está desarrollando aún más para la producción en masa de nanofibras continuas una por una. [46]
La separación de fases inducida térmicamente separa una solución polimérica homogénea en un sistema multifásico mediante cambios termodinámicos . [1] [7] [48] El procedimiento consta de cinco pasos: disolución del polímero , separación de fases líquido-líquido o líquido-sólido, gelificación del polímero , extracción del disolvente del gel con agua y congelación y liofilización al vacío. [1] [7] El método de separación de fases inducida térmicamente se usa ampliamente para generar andamios para la regeneración de tejidos. [48]
La solución de polímero homogénea en el primer paso es termodinámicamente inestable y tiende a separarse en fases ricas y pobres en polímeros bajo la temperatura adecuada. Finalmente, después de la eliminación del disolvente, la fase rica en polímero se solidifica para formar la matriz y la fase pobre en polímero se convierte en poros. [ cita necesaria ] A continuación, se pueden realizar dos tipos de separación de fases en la solución de polímero dependiendo del patrón deseado. La separación líquido-líquido se usa generalmente para formar estructuras de fases bicontinuas, mientras que la separación de fases sólido-líquido se usa para formar estructuras cristalinas. El paso de gelificación juega un papel crucial en el control de la morfología porosa de las matrices nanofibrosas. La gelificación está influenciada por la temperatura, la concentración del polímero y las propiedades del disolvente. [48] La temperatura regula la estructura de la red de fibras: una temperatura de gelificación baja da como resultado la formación de redes de fibras a nanoescala, mientras que una temperatura de gelificación alta conduce a la formación de una estructura similar a plaquetas. [1] La concentración de polímero afecta las propiedades de la fibra: un aumento en la concentración de polímero disminuye la porosidad y aumenta las propiedades mecánicas como la resistencia a la tracción. Las propiedades del disolvente influyen en la morfología de los andamios. Después de la gelificación, el gel se coloca en agua destilada para el intercambio de disolventes. Posteriormente, el gel se retira del agua y se congela y liofiliza. Luego se almacena en un desecador hasta su caracterización.
El método de dibujo produce largas hebras individuales de nanofibras, una a la vez. El proceso de extracción va acompañado de una solidificación que convierte el material de hilatura disuelto en una fibra sólida. [46] [49] Es necesaria una etapa de enfriamiento en el caso de hilatura por fusión y evaporación del disolvente en el caso de hilatura en seco. Sin embargo, una limitación es que sólo un material viscoelástico que pueda sufrir deformaciones extensas y al mismo tiempo poseer suficiente cohesión para sobrevivir a las tensiones desarrolladas durante la tracción puede convertirse en nanofibras mediante este proceso. [46] [50]
El método de síntesis de plantilla utiliza una plantilla de membrana nanoporosa compuesta de poros cilíndricos de diámetro uniforme para formar fibrillas (nanofibra sólida) y túbulos (nanofibra hueca). [51] [52] Este método se puede utilizar para preparar fibrillas y túbulos de muchos tipos de materiales, incluidos metales, semiconductores y polímeros electrónicamente conductores. [51] [52] Los poros uniformes permiten el control de las dimensiones de las fibras, por lo que se pueden producir nanofibras con diámetros muy pequeños mediante este método. Sin embargo, un inconveniente de este método es que no puede producir nanofibras continuas de una en una.
La técnica de autoensamblaje se utiliza para generar nanofibras peptídicas y anfífilos peptídicos . El método se inspiró en el proceso de plegamiento natural de los residuos de aminoácidos para formar proteínas con estructuras tridimensionales únicas. [53] El proceso de autoensamblaje de nanofibras peptídicas implica varias fuerzas impulsoras, como interacciones hidrofóbicas , fuerzas electrostáticas , enlaces de hidrógeno y fuerzas de van der Waals , y está influenciado por condiciones externas como la fuerza iónica y el pH . [54]
Debido a su alta porosidad y gran relación superficie-volumen, las nanofibras se utilizan ampliamente para construir andamios para aplicaciones biológicas. [1] [2] Los principales ejemplos de polímeros naturales utilizados en la producción de andamios son el colágeno , la celulosa , la fibroína de seda , la queratina , la gelatina y los polisacáridos como el quitosano y el alginato . El colágeno es un componente extracelular natural de muchos tejidos conectivos . Su estructura fibrilar, cuyo diámetro varía entre 50 y 500 nm, es importante para el reconocimiento, unión, proliferación y diferenciación celular. [2] Utilizando nanofibras de colágeno tipo I producidas mediante electrohilado, Shih et al. Descubrieron que el andamio de colágeno diseñado mostraba un aumento en la adhesión celular y una disminución en la migración celular al aumentar el diámetro de la fibra. [55] Utilizando andamios de seda como guía de crecimiento para la regeneración del tejido óseo, Kim et al. observaron una unión ósea completa después de 8 semanas y una curación completa de los defectos después de 12 semanas, mientras que el control en el que el hueso no tenía el armazón mostró una reparación limitada de los defectos en el mismo período de tiempo. [56] De manera similar, la queratina , la gelatina , el quitosano y el alginato demuestran una excelente biocompatibilidad y bioactividad en andamios. [2]
Sin embargo, el reconocimiento celular de polímeros naturales puede iniciar fácilmente una respuesta inmune. [2] [47] En consecuencia, los polímeros sintéticos como el poli(ácido láctico) (PLA), la policaprolactona (PCL), el poliuretano (PU), el poli(ácido láctico-co-glicólico) (PLGA), la poli(L-lactida) (PLLA) y poli(etileno-co-acetato de vinilo) (PEVA) se han desarrollado como alternativas para la integración en andamios. Al ser biodegradables y biocompatibles, estos polímeros sintéticos se pueden utilizar para formar matrices con un diámetro de fibra dentro del rango nanométrico. A partir de estos polímeros sintéticos, el PCL ha generado un entusiasmo considerable entre los investigadores. [57] PCL es un tipo de poliéster biodegradable que se puede preparar mediante polimerización con apertura de anillo de ε-caprolactona utilizando catalizadores . Muestra baja toxicidad, bajo costo y lenta degradación. El PCL se puede combinar con otros materiales como gelatina, colágeno, quitosano y fosfato cálcico para mejorar la capacidad de diferenciación y proliferación (2, 17). [2] [57] PLLA es otro polímero sintético popular. El PLLA es bien conocido por sus propiedades mecánicas superiores, biodegradabilidad y biocompatibilidad. Muestra una capacidad de migración celular eficiente debido a su alta interconectividad espacial, alta porosidad y alineación controlada. [58] Una mezcla de matriz de andamio de PLLA y PLGA ha mostrado una estructura biomimética adecuada, buena resistencia mecánica y bioactividad favorable.
En ingeniería de tejidos, se necesita una matriz extracelular artificial altamente porosa para apoyar y guiar el crecimiento celular y la regeneración de tejidos. [1] [2] [59] [60] Se han utilizado polímeros biodegradables naturales y sintéticos para crear dichos andamios. [1] [2]
Simon, en un informe de subvención del NIH SBIR de 1988, demostró que el electrohilado podría usarse para producir esteras fibrosas de poliestireno y policarbonato a escala nano y submicrónica específicamente destinadas a ser utilizadas como sustratos celulares in vitro. Este uso temprano de redes fibrosas electrohiladas para el cultivo celular y la ingeniería de tejidos demostró que los fibroblastos del prepucio humano (HFF), el carcinoma humano transformado (HEp-2) y el epitelio del pulmón de visón (MLE) se adherirían a las fibras y proliferarían sobre ellas. [61] [62]
Los andamios de nanofibras se utilizan en la ingeniería de tejido óseo para imitar la matriz extracelular natural de los huesos. [7] El tejido óseo está dispuesto en un patrón compacto o trabecular y está compuesto de estructuras organizadas que varían en longitud desde el rango de centímetros hasta la escala nanométrica. El componente orgánico no mineralizado (es decir, colágeno tipo 1 ), el componente inorgánico mineralizado (es decir, hidroxiapatita ) y muchas otras proteínas de la matriz no colagenosas (es decir, glicoproteínas y proteoglicanos ) forman la estructura nanocompuesta de la ECM ósea. [59] Las fibras de colágeno orgánico y las sales minerales inorgánicas proporcionan flexibilidad y dureza, respectivamente, a la ECM.
Aunque el hueso es un tejido dinámico que puede autocurarse ante lesiones menores, no puede regenerarse después de experimentar grandes defectos como resecciones de tumores óseos y fracturas severas sin consolidación porque carece de la plantilla adecuada. [1] [7] Actualmente, el tratamiento estándar es el autoinjerto , que implica obtener el hueso donante de un sitio no significativo y de fácil acceso (es decir, cresta ilíaca ) en el propio cuerpo del paciente y trasplantarlo al sitio defectuoso. El trasplante de hueso autólogo tiene el mejor resultado clínico porque se integra de manera confiable con el hueso huésped y puede evitar complicaciones con el sistema inmunológico. [63] Pero su uso está limitado por su escasez y la morbilidad del sitio donante asociada con el procedimiento de recolección. [59] Además, los huesos autoinjertados son avasculares y, por lo tanto, dependen de la difusión de nutrientes, lo que afecta su viabilidad en el huésped. [63] Los injertos también pueden reabsorberse antes de que se complete la osteogénesis debido a las altas tasas de remodelación en el cuerpo. [59] [63] Otra estrategia para tratar el daño óseo grave es el aloinjerto , que trasplanta huesos extraídos de un cadáver humano. Sin embargo, los aloinjertos introducen el riesgo de enfermedad e infección en el huésped. [63]
La ingeniería de tejido óseo presenta una respuesta versátil para tratar lesiones y deformaciones óseas. Las nanofibras producidas mediante electrohilado imitan particularmente bien la arquitectura y las características de la matriz extracelular natural. Estos andamios se pueden utilizar para administrar agentes bioactivos que promuevan la regeneración de tejidos. [2] Lo ideal es que estos materiales bioactivos sean osteoinductivos , osteoconductores y osteointegrables . [59] Los materiales sustitutos óseos destinados a reemplazar el hueso autólogo o alogénico consisten en cerámicas bioactivas, vidrios bioactivos y polímeros biológicos y sintéticos. La base de la ingeniería del tejido óseo es que los materiales serán reabsorbidos y reemplazados con el tiempo por el propio tejido biológico recién regenerado del cuerpo. [60]
La ingeniería de tejidos no se limita solo al hueso: una gran cantidad de investigaciones se dedican al cartílago, [64] ligamento, [65] músculo esquelético, [66] piel, [67] vasos sanguíneos, [68] y la ingeniería de tejido neural [ 69] también.
La administración exitosa de la terapia al objetivo previsto depende en gran medida de la elección del portador del fármaco. Los criterios para un portador de fármaco ideal incluyen el efecto máximo al administrar el fármaco al órgano diana, evadir el sistema inmunológico del cuerpo en el proceso de llegar al órgano, retener las moléculas terapéuticas desde las etapas preparatorias hasta la entrega final del fármaco. fármaco y su liberación adecuada para lograr el efecto terapéutico deseado. [8] Las nanofibras están en estudio como posibles candidatos a portadores de fármacos. [9] [10] [70] Los polímeros naturales como la gelatina y el alginato son buenos biomateriales de fabricación para nanofibras portadoras debido a su biocompatibilidad y biodegradabilidad que no causan daño al tejido del huésped ni acumulación tóxica en el cuerpo humano. respectivamente. Debido a su morfología cilíndrica, las nanofibras poseen una alta relación superficie-volumen. Como resultado, las fibras poseen una alta capacidad de carga de fármacos y pueden liberar moléculas terapéuticas en una gran superficie. [8] [47] Mientras que la relación entre el área de superficie y el volumen solo se puede controlar ajustando el radio de las vesículas esféricas, las nanofibras tienen más grados de libertad para controlar la relación al variar tanto la longitud como el radio de la sección transversal. Esta capacidad de ajuste es importante para su aplicación en sistemas de administración de fármacos en los que los parámetros funcionales deben controlarse con precisión. [8]
Los estudios preliminares indican que los antibióticos y los medicamentos contra el cáncer pueden encapsularse en nanofibras electrohiladas agregando el medicamento a la solución de polímero antes del electrohilado. [71] [72] Los andamios de nanofibras cargados en la superficie son útiles como barreras de adhesión entre órganos internos y tejidos después de la cirugía. [73] [74] La adherencia ocurre durante el proceso de curación y puede provocar complicaciones como dolor crónico y fracaso de la reoperación. [73] [74] [75]
Aunque el examen patológico es el método estándar actual para la caracterización molecular en las pruebas de la presencia de biomarcadores en tumores, estos análisis de muestra única no tienen en cuenta la naturaleza genómica diversa de los tumores. [14] Teniendo en cuenta la naturaleza invasiva, el estrés psicológico y la carga financiera resultante de las repetidas biopsias de tumores en los pacientes, los biomarcadores que podrían juzgarse mediante procedimientos mínimamente invasivos, como las extracciones de sangre, constituyen una oportunidad para progresar en la medicina de precisión.
La biopsia líquida es una opción cada vez más popular como alternativa a la biopsia de tumores sólidos. [14] [15] Esto es simplemente una extracción de sangre que contiene células tumorales circulantes (CTC) que se eliminan al torrente sanguíneo desde tumores sólidos. Los pacientes con cáncer metastásico tienen más probabilidades de tener CTC detectables en el torrente sanguíneo, pero también existen CTC en pacientes con enfermedades localizadas. Se ha descubierto que el número de CTC presentes en el torrente sanguíneo de pacientes con cáncer de próstata metastásico y colorrectal es un pronóstico de la supervivencia general de los tumores. [16] [76] También se ha demostrado que las CTC informan el pronóstico en etapas más tempranas de la enfermedad. [77]
Recientemente, Ke et al. desarrolló un chip NanoVelcro que captura las CTC de las muestras de sangre. [15] Cuando la sangre pasa a través del chip, las nanofibras recubiertas con anticuerpos proteicos se unen a las proteínas expresadas en la superficie de las células cancerosas y actúan como velcro para atrapar las CTC para su análisis. Los ensayos NanoVelcro CTC pasaron por tres generaciones de desarrollo. El chip NanoVelcro de primera generación se creó para la enumeración de CTC para el pronóstico, la estadificación y el monitoreo dinámico del cáncer. [78] El NanoVelcro-LCM de segunda generación se desarrolló para el aislamiento de CTC unicelulares. [79] [80] Las CTC aisladas individualmente pueden someterse a genotipado de CTC única. El chip Thermoresponsive de tercera generación permitió la purificación de CTC. [15] [81] Los cepillos de polímero de nanofibras experimentan cambios conformacionales dependientes de la temperatura para capturar y liberar CTC.
Entre muchos dispositivos electroquímicos avanzados de almacenamiento de energía, las baterías recargables de litio-aire son de particular interés debido a su considerable capacidad de almacenamiento de energía y sus altas densidades de potencia. [17] [18] A medida que se utiliza la batería, los iones de litio se combinan con el oxígeno del aire para formar partículas de óxidos de litio , que se adhieren a las fibras de carbono del electrodo. Durante la recarga, los óxidos de litio se separan nuevamente en litio y oxígeno, que se liberan de nuevo a la atmósfera. Esta secuencia de conversión es altamente ineficiente porque hay una diferencia de voltaje significativa de más de 1,2 voltios entre el voltaje de salida y el voltaje de carga de la batería, lo que significa que aproximadamente el 30% de la energía eléctrica se pierde en forma de calor cuando la batería se está cargando. [17] Además, los grandes cambios de volumen resultantes de la conversión continua de oxígeno entre su estado gaseoso y sólido ejercen presión sobre el electrodo y limitan su vida útil.
El rendimiento de estas baterías depende de las características del material que conforma el cátodo . Los materiales de carbono se han utilizado ampliamente como cátodos debido a sus excelentes conductividades eléctricas, grandes superficies y estabilidad química. [19] [82] Especialmente relevantes para las baterías de litio-aire, los materiales de carbono actúan como sustratos para soportar óxidos metálicos. Las nanofibras de carbono electrohiladas sin aglutinantes son candidatos potenciales particularmente buenos para usarse en electrodos en baterías de litio-oxígeno porque no tienen aglutinantes, tienen estructuras macroporosas abiertas, tienen carbonos que soportan y catalizan las reacciones de reducción de oxígeno y tienen versatilidad. [83]
Zhu et al. desarrollaron un nuevo cátodo que puede almacenar litio y oxígeno en el electrodo al que llamaron nanolitia, que es una matriz de nanofibras de carbono incrustadas periódicamente con óxido de cobalto . [84] Estos óxidos de cobalto proporcionan estabilidad a los nanolitos que contienen superóxido, normalmente inestables. En este diseño, el oxígeno se almacena como LiO 2 y no se convierte entre forma gaseosa y sólida durante la carga y descarga. Cuando la batería se está descargando, los iones de litio en nanolitio reaccionan con el oxígeno superóxido de la matriz para formar Li 2 O 2 y Li 2 O. El oxígeno permanece en su estado sólido a medida que pasa entre estas formas. Las reacciones químicas de estas transiciones proporcionan energía eléctrica. Durante la carga, las transiciones se producen a la inversa.
Las fibras ópticas poliméricas han generado un interés creciente en los últimos años. [20] [21] Debido a su bajo costo, facilidad de manejo, transparencia de longitudes de onda largas , gran flexibilidad y biocompatibilidad, las fibras ópticas poliméricas muestran un gran potencial para redes de corta distancia, detección óptica y suministro de energía. [22] [85]
Las nanofibras electrohiladas son particularmente adecuadas para sensores ópticos porque la sensibilidad del sensor aumenta al aumentar el área de superficie por unidad de masa. La detección óptica funciona detectando iones y moléculas de interés mediante un mecanismo de extinción de fluorescencia . Wang y cols. desarrolló con éxito sensores ópticos de película delgada de nanofibras para la detección de iones metálicos (Fe 3+ y Hg 2+ ) y 2,4-dinitrotolueno (DNT) utilizando la técnica de electrohilado. [20]
Los puntos cuánticos muestran propiedades ópticas y eléctricas útiles, incluida una alta ganancia óptica y estabilidad fotoquímica . Se han incorporado con éxito diversos puntos cuánticos a nanofibras poliméricas. [86] Meng et al. demostró que el sensor de nanofibras de polímero dopado con puntos cuánticos para la detección de humedad muestra una respuesta rápida, alta sensibilidad y estabilidad a largo plazo, al tiempo que requiere un bajo consumo de energía. [87]
Kelly y col. desarrolló un sensor que advierte a los socorristas cuando los filtros de carbón de sus respiradores se han saturado con partículas de humo tóxicas. [23] Los respiradores generalmente contienen carbón activado que atrapa las toxinas transportadas por el aire. A medida que los filtros se saturan, los productos químicos comienzan a pasar a través de ellos e inutilizan los respiradores. Para determinar fácilmente cuándo se agota el filtro, Kelly y su equipo desarrollaron una máscara equipada con un sensor compuesto de nanofibras de carbono ensambladas en estructuras repetidas llamadas cristales fotónicos que reflejan longitudes de onda de luz específicas. Los sensores exhiben un color iridiscente que cambia cuando las fibras absorben toxinas.
Las nanofibras electrohiladas son útiles para eliminar compuestos orgánicos volátiles (COV) de la atmósfera. Scholten et al. demostraron que la adsorción y desorción de COV mediante membranas nanofibrosas electrohiladas eran más rápidas que las velocidades del carbón activado convencional. [24]
La contaminación del aire en las cabinas de personal de los equipos mineros es motivo de preocupación para los trabajadores mineros, las empresas mineras y las agencias gubernamentales como la Administración de Salud y Seguridad Minera (MSHA). Un trabajo reciente con fabricantes de equipos de minería y la MSHA ha demostrado que los medios filtrantes de nanofibras pueden reducir la concentración de polvo en la cabina en mayor medida en comparación con los medios filtrantes de celulosa estándar . [25]
Las nanofibras se pueden utilizar en máscaras para proteger a las personas de virus , bacterias , smog , polvo , alérgenos y otras partículas. La eficiencia de filtración es aproximadamente del 99,9% y el principio de filtración es mecánico. Las partículas en el aire son más grandes que los poros de la red de nanofibras, pero las partículas de oxígeno son lo suficientemente pequeñas como para pasar a través de ellas.
Las nanofibras tienen la capacidad de separar el aceite y el agua, más particularmente en el proceso de sorción cuando el material en uso tiene superficies oleófilas e hidrofóbicas. Estas características permiten que las nanofibras se utilicen como herramienta para combatir las aguas residuales aceitosas de actividades domésticas e industriales, o el agua de mar aceitosa debido al petróleo que llega al océano debido a las actividades de transporte de petróleo y la limpieza de tanques de petróleo en un barco. [37]
La ropa deportiva con membrana de nanofibras en su interior se basa en la moderna tecnología de nanofibras, en la que el núcleo de la membrana está formado por fibras con un diámetro 1000 veces más fino que el cabello humano. Este "tamiz" extremadamente denso con más de 2,5 mil millones de poros por centímetro cuadrado elimina el vapor de manera mucho más eficiente y brinda un mejor nivel de resistencia al agua. En el lenguaje de los números, el textil de nanofibras aporta los siguientes parámetros:
· Permeabilidad al vapor RET 1.0 y columna de agua de 10.000 mm (versión que prefiere la transpirabilidad)
· Permeabilidad al vapor RET 4.8 y columna de agua de 30.000 mm (versión que prefiere la resistencia al agua)
Las membranas de nanofibras para prendas y calzado están hechas de poliuretano , por lo que su producción no es perjudicial para la naturaleza. Las membranas para ropa deportiva fabricadas con nanofibras son reciclables .
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