Las nanofibras son fibras con diámetros en el rango nanométrico (típicamente, entre 1 nm y 1 μm). Las nanofibras se pueden generar a partir de diferentes polímeros y, por lo tanto, tienen diferentes propiedades físicas y potenciales de aplicación. Los ejemplos de polímeros naturales incluyen colágeno , celulosa , fibroína de seda , queratina , gelatina y polisacáridos como el quitosano y el alginato . [1] [2] Los 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 de polímeros están conectadas a través de enlaces covalentes . [4] Los diámetros de las nanofibras dependen del tipo de polímero utilizado y del método de producción. [5] Todas las nanofibras de polímero son únicas por su gran relación área superficial-volumen, alta porosidad, resistencia mecánica apreciable y flexibilidad en la funcionalización en comparación con sus contrapartes de microfibras . [1] [2] [6]
Existen muchos métodos diferentes para fabricar nanofibras, incluidos el trefilado, el electrohilado , el autoensamblaje , la síntesis de plantillas y la separación de fases inducida térmicamente. El electrohilado es el método más comúnmente utilizado para generar nanofibras debido a la configuración sencilla, 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 la disposición de las fibras de modo que se puedan fabricar diferentes estructuras ( es decir , huecas, planas y en forma de cinta) según los fines 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 materiales compuestos. [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 al preparar un experimento en el que observó una gota de agua esférica sobre una superficie seca deformarse en forma de cono cuando se sostenía debajo de un ámbar cargado eléctricamente. [30] Esta deformación más tarde llegó a conocerse como el cono de Taylor . [31] En 1882, el físico inglés Lord Rayleigh (1842-1919) analizó los estados inestables de las gotitas de líquido que estaban cargadas eléctricamente y observó que el líquido era expulsado en pequeños 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 de electrohilado moderno. [34]
Anton Formhals fue la primera persona que intentó producir nanofibras entre 1934 y 1944 y publicó la primera patente que describía la producción experimental de nanofibras. [29] En 1966, Harold Simons publicó una patente para un dispositivo que podía producir telas de nanofibras delgadas y ligeras con diversos motivos. [35]
Recién 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 hoy en día.
Existen muchas técnicas químicas y mecánicas para preparar nanofibras.
El electrohilado es el método más comúnmente utilizado para fabricar nanofibras. [36] [6] [37] [38] [39] [40] Los instrumentos necesarios para el electrohilado incluyen un suministrador de alto voltaje, un tubo capilar con una pipeta o aguja con un diámetro pequeño 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 de polímero retenida 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 cargado de fluido es expulsado desde la punta del cono de Taylor. El chorro de solución de polímero descargado es inestable y se alarga como resultado, lo que permite que el chorro se vuelva muy largo y delgado. Las fibras de polímero cargadas se solidifican con la evaporación del solvente. [6] [41] Las nanofibras orientadas aleatoriamente se recogen en el colector. Las nanofibras también se pueden recoger de una manera altamente alineada mediante el uso de colectores especializados como el tambor giratorio , [42] el marco de metal, [43] o un sistema de dos placas paralelas. [44] Los parámetros como el movimiento de la corriente de chorro y la concentración de polímero deben controlarse para producir nanofibras con diámetros y morfologías uniformes. [45]
La técnica de electrohilado transforma muchos tipos de polímeros en nanofibras. Una red de nanofibras electrohilada se parece bastante a la matriz extracelular (ECM). [6] [46] [47] Esta semejanza es una ventaja importante del electrohilado porque abre la posibilidad de imitar la ECM en lo que respecta a diámetros de fibra, alta porosidad y 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 de polímero homogénea en un sistema multifásico a través de cambios termodinámicos . [1] [7] [48] El procedimiento implica 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 utiliza ampliamente para generar andamiajes 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 en polímero y pobres en polímero bajo la temperatura apropiada. Finalmente, después de la eliminación del solvente, la fase rica en polímero se solidifica para formar la matriz y la fase pobre en polímero se desarrolla en poros. [ cita requerida ] A continuación, se pueden llevar a cabo dos tipos de separación de fases en la solución de polímero dependiendo del patrón deseado. La separación líquido-líquido se utiliza generalmente para formar estructuras de fase bicontinuas, mientras que la separación de fase sólido-líquido se utiliza 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 de polímero y las propiedades del solvente. [48] La temperatura regula la estructura de la red de fibra: la temperatura de gelificación baja da como resultado la formación de redes de fibra a nanoescala, mientras que la 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 de los disolventes influyen en la morfología de los andamios. Después de la gelificación, el gel se coloca en agua destilada para el intercambio de disolventes. Después, el gel se retira del agua y se somete a un proceso de congelación y liofilización. A continuación, se almacena en un desecador hasta su caracterización.
El método de estirado produce hebras largas de nanofibras de una en una. El proceso de estirado va acompañado de una solidificación que convierte el material de hilado disuelto en una fibra sólida. [46] [49] Es necesario un paso de enfriamiento en el caso del hilado por fusión y la evaporación del solvente en el caso del hilado en seco. Sin embargo, una limitación es que solo un material viscoelástico que pueda sufrir deformaciones extensas y que posea la cohesión suficiente para sobrevivir a las tensiones desarrolladas durante el estirado puede convertirse en nanofibras a través de este proceso. [46] [50]
El método de síntesis de plantillas utiliza una plantilla de membrana nanoporosa compuesta de poros cilíndricos de diámetro uniforme para hacer fibrillas (nanofibras sólidas) y túbulos (nanofibras huecas). [51] [52] Este método se puede utilizar para preparar fibrillas y túbulos de muchos tipos de materiales, incluidos metales, semiconductores y polímeros conductores de la electrónica. [51] [52] Los poros uniformes permiten controlar las dimensiones de las fibras, por lo que se pueden producir nanofibras con diámetros muy pequeños a través de este método. Sin embargo, un inconveniente de este método es que no puede hacer nanofibras continuas una a la vez.
La técnica de autoensamblaje se utiliza para generar nanofibras peptídicas y anfifilos 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 las nanofibras peptídicas involucra 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 área superficial-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 colágeno , celulosa , fibroína de seda , queratina , gelatina y polisacáridos como el quitosano y el alginato . El colágeno es un componente extracelular natural de muchos tejidos conectivos . Su estructura fibrilar, que varía en diámetro de 50-500 nm, es importante para el reconocimiento, la unión, la proliferación y la diferenciación celular. [2] Utilizando nanofibras de colágeno tipo I producidas mediante electrohilado, Shih et al. descubrieron que el andamio de colágeno diseñado mostró un aumento en la adhesión celular y una disminución en la migración celular con el aumento del diámetro de la fibra. [55] Utilizando andamios de seda como guía para el crecimiento para la regeneración del tejido óseo, Kim et al. Se observó 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 andamio 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 los andamios. [2]
Sin embargo, el reconocimiento celular de polímeros naturales puede iniciar fácilmente una respuesta inmune. [2] [47] En consecuencia, polímeros sintéticos como poli(ácido láctico) (PLA), policaprolactona (PCL), poliuretano (PU), poli(ácido láctico-co-glicólico) (PLGA), 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. De estos polímeros sintéticos, PCL ha generado un entusiasmo considerable entre los investigadores. [57] PCL es un tipo de poliéster biodegradable que se puede preparar mediante polimerización por apertura de anillo de ε-caprolactona utilizando catalizadores . Muestra baja toxicidad, bajo costo y degradación lenta. PCL se puede combinar con otros materiales como gelatina, colágeno, quitosano y fosfato de calcio para mejorar la capacidad de diferenciación y proliferación (2, 17). [2] [57] El 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 andamiaje de PLLA y PLGA ha demostrado una estructura biomimética adecuada, buena resistencia mecánica y bioactividad favorable.
En la ingeniería de tejidos, se necesita una matriz extracelular artificial altamente porosa para sustentar y guiar el crecimiento celular y la regeneración tisular. [1] [2] [59] [60] Se han utilizado polímeros biodegradables naturales y sintéticos para crear dichos andamios. [1] [2]
En un informe de la subvención SBIR del NIH de 1988, Simon demostró que el electrohilado podía utilizarse para producir esteras fibrosas de poliestireno y policarbonato a escala nanométrica y submicrométrica, específicamente diseñadas para su uso 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 pulmonar de visón (MLE) se adherirían a las fibras y proliferarían sobre ellas. [61] [62]
Los andamios de nanofibras se utilizan en la ingeniería de tejidos óseos 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 colágena (es decir, glicoproteínas y proteoglicanos ) forman la estructura nanocompuesta de la matriz extracelular ósea. [59] Las fibras de colágeno orgánico y las sales minerales inorgánicas proporcionan flexibilidad y dureza, respectivamente, a la matriz extracelular.
Aunque el hueso es un tejido dinámico que puede autocurarse tras lesiones menores, no puede regenerarse tras sufrir grandes defectos como resecciones de tumores óseos y fracturas graves sin unión porque carece de la plantilla adecuada. [1] [7] Actualmente, el tratamiento estándar es el autoinjerto , que implica obtener el hueso del donante de un sitio no significativo y de fácil acceso (es decir, la 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 forma fiable con el hueso del huésped y puede evitar complicaciones con el sistema inmunitario. [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 tanto, dependen de la difusión de nutrientes, lo que afecta a 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 consiste en trasplantar huesos extraídos de un cadáver humano. Sin embargo, los aloinjertos introducen el riesgo de enfermedad e infección en el huésped. [63]
La ingeniería de tejidos óseos 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 tisular. [2] Estos materiales bioactivos idealmente deberían ser 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 de tejidos óseos es que los materiales se reabsorberán y reemplazarán con el tiempo por el propio tejido biológico recién regenerado del cuerpo. [60]
La ingeniería de tejidos no se limita sólo al hueso: una gran cantidad de investigaciones se dedican también al cartílago, [64] ligamentos, [65] músculos esqueléticos, [66] piel, [67] vasos sanguíneos, [68] y a la ingeniería de tejidos neuronales [69] .
La administración exitosa de terapias al objetivo deseado 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 objetivo, la evasión del sistema inmunológico del cuerpo en el proceso de llegar al órgano, la retención de las moléculas terapéuticas desde las etapas preparatorias hasta la administración final del fármaco y la liberación adecuada del fármaco para ejercer el efecto terapéutico deseado. [8] Las nanofibras están en estudio como un posible candidato a portador 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 dan como resultado que no dañen el tejido del huésped ni la acumulación tóxica en el cuerpo humano, respectivamente. Debido a su morfología cilíndrica, las nanofibras poseen una alta relación área de superficie a volumen. Como resultado, las fibras poseen una alta capacidad de carga de fármaco y pueden liberar moléculas terapéuticas sobre un área de superficie grande. [8] [47] Mientras que la relación entre el área superficial 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 variando 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]
Estudios preliminares indican que los antibióticos y los medicamentos contra el cáncer se pueden encapsular en nanofibras electrohiladas agregando el medicamento a la solución de polímero antes del electrohilado. [71] [72] Los andamios de nanofibras con carga superficial son útiles como barreras de adhesión entre los órganos internos y los tejidos después de la cirugía. [73] [74] La adhesión ocurre durante el proceso de curación y puede provocar complicaciones como dolor crónico y falla de la reoperación. [73] [74] [75]
Aunque el examen patológico es el método estándar actual para la caracterización molecular en las pruebas de presencia de biomarcadores en tumores, estos análisis de muestra única no tienen en cuenta la naturaleza genómica diversa de los tumores. [14] Considerando la naturaleza invasiva, el estrés psicológico y la carga financiera resultante de las biopsias tumorales repetidas en los pacientes, los biomarcadores que podrían evaluarse a través de procedimientos mínimamente invasivos, como extracciones de sangre, constituyen una oportunidad para la progresión en la medicina de precisión.
La biopsia líquida es una opción que se está volviendo cada vez más popular como alternativa a la biopsia de tumores sólidos. [14] [15] Se trata simplemente de una extracción de sangre que contiene células tumorales circulantes (CTC) que se desprenden al torrente sanguíneo desde tumores sólidos. Los pacientes con cáncer metastásico tienen más probabilidades de tener CTC detectables en el torrente sanguíneo, pero las CTC también existen en pacientes con enfermedades localizadas. Se ha descubierto que la cantidad de CTC presentes en el torrente sanguíneo de pacientes con cáncer de próstata y colorrectal metastásico 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. desarrollaron 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 de CTC NanoVelcro pasaron por tres generaciones de desarrollo. El NanoVelcro Chip 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 de una sola célula. [79] [80] Las CTC aisladas individualmente se pueden someter a la genotipificación de una sola CTC. El chip termorresponsivo 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 avanzados de almacenamiento de energía electroquímica, las baterías recargables de litio-aire son de particular interés debido a sus considerables capacidades de almacenamiento de energía y 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 en el electrodo. Durante la recarga, los óxidos de litio se separan nuevamente en litio y oxígeno que se liberan nuevamente 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 como 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 compone el cátodo . Los materiales de carbono se han utilizado ampliamente como cátodos debido a sus excelentes conductividades eléctricas, grandes áreas superficiales 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 aglutinante son candidatos potenciales particularmente buenos para ser utilizados 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 que llamaron nanolithia, que es una matriz de nanofibras de carbono periódicamente incrustadas con óxido de cobalto . [84] Estos óxidos de cobalto proporcionan estabilidad a la nanolithia que contiene superóxido, normalmente inestable. En este diseño, el oxígeno se almacena como LiO 2 y no se convierte entre formas gaseosas y sólidas durante la carga y descarga. Cuando la batería se está descargando, los iones de litio en nanolithia 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 de una forma a otra. Las reacciones químicas de estas transiciones proporcionan energía eléctrica. Durante la carga, las transiciones ocurren a la inversa.
Las fibras ópticas de polímero han generado un creciente interés en los últimos años. [20] [21] Debido a su bajo costo, facilidad de manejo, transparencia de longitud de onda larga , gran flexibilidad y biocompatibilidad, las fibras ópticas de polímero 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 con el aumento del área de superficie por unidad de masa. La detección óptica funciona detectando iones y moléculas de interés a través de un mecanismo de extinción de fluorescencia . Wang et al. desarrollaron con éxito sensores ópticos de película delgada nanofibrosa 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, que incluyen una alta ganancia óptica y estabilidad fotoquímica . Se han incorporado con éxito diversos puntos cuánticos en nanofibras de polímero. [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 et al. desarrollaron un sensor que advierte a los socorristas cuando los filtros de carbón de sus respiradores se han saturado con partículas de humo tóxico. [23] Los respiradores suelen contener carbón activado que atrapa las toxinas transportadas por el aire. A medida que los filtros se saturan, los productos químicos comienzan a atravesarlos y hacen que los respiradores queden inutilizables. 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 repetitivas llamadas cristales fotónicos que reflejan longitudes de onda específicas de luz. 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 de minería es motivo de preocupación para los trabajadores mineros, las empresas mineras y los organismos gubernamentales como la Administración de Seguridad y Salud Minera (MSHA). Un trabajo reciente con los 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 mascarillas para proteger a las personas de virus , bacterias , smog , polvo , alérgenos y otras partículas. La eficiencia de filtración es de aproximadamente el 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 atravesarlas.
Las nanofibras tienen la capacidad de separar el aceite del agua, especialmente 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 las actividades domésticas e industriales, o el agua de mar aceitosa debido al petróleo que se vierte al océano desde las actividades de transporte de petróleo y la limpieza de tanques de petróleo en un buque. [37]
El tejido deportivo 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 de un cabello humano. Este "tamiz" extremadamente denso con más de 2,5 mil millones de poros por centímetro cuadrado funciona de forma mucho más eficiente en la eliminación del vapor y ofrece un mejor nivel de resistencia al agua. En términos numéricos, el tejido de nanofibras ofrece los siguientes parámetros:
· Permeabilidad al vapor RET 1.0 y columna de agua de 10.000 mm (versión que prefiere transpirabilidad)
· Permeabilidad al vapor RET 4,8 y columna de agua de 30.000 mm (versión que prefiere resistencia al agua)
Las membranas de nanofibras para ropa 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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