Sous un microscope, Les fibres de nylon-6 comprennent des feuilles de nanomembranes.
Au microscope, Les feuilles « nanomembranaires » en nylon ressemblent à une toile emmêlée. Les minuscules particules d'oxyde de fer sur les surfaces des fibres peuvent aider à nettoyer les produits chimiques toxiques de l'eau, mais si les particules se séparent de la toile, ils peuvent devenir eux-mêmes des dangers.
Dans une nouvelle étude, Les chercheurs de Cornell ont examiné ces feuilles de nylon spéciales - remplies de particules d'oxyde de fer nanométriques appliquées - pour voir si les particules se détachent.
Les particules fonctionnent comme des aimants pour capturer les bactéries et les virus, et pour extraire des produits chimiques ou des molécules de colorant de l'eau. Des membranes avec ces particules attachées pourraient être utilisées dans des dispositifs pour détecter la contamination de l'eau ou dans des filtres pour éliminer les produits chimiques ou les colorants des déchets industriels. Cependant, être efficace et sûr, les particules doivent rester sur la membrane. L'étude a évalué l'uniformité du traitement des nanoparticules et la rétention des particules des membranes en nylon lorsqu'elles étaient traitées (ou lavées) dans des solutions de différents niveaux de pH.
« Il est essentiel d'évaluer la rétention et la stabilité des particules sur les fibres pour réduire les problèmes de santé humaine et d'environnement, " dit Nidia Trejo, un doctorant Cornell dans le domaine de la science des fibres. Trejo, qui avec Margaret Frey, professeur de science des fibres, auteur de l'étude, "Une étude comparative sur l'électropulvérisation, couche par couche, et des nanomembranes greffées chimiquement chargées de nanoparticules d'oxyde de fer, " dans le Journal of Applied Polymer Science , 14 juillet.
La structure de la feuille de nanomembrane ressemble à une feuille de séchage mais est constituée de couches de minuscules, fibres orientées au hasard qui ne peuvent être vues qu'avec des microscopes électroniques. Ces nanomembranes ont un rapport surface/volume élevé, ce qui améliore la fonction du matériau.
Nidia Trejo, un doctorant en science des fibres, mène des recherches dans le laboratoire de Margaret Frey. Trejo et Frey ont tous deux évalué la rétention et la stabilité des particules sur des feuilles de nanomembranes. Crédit :Jason Koski/Photographie universitaire
Les méthodes de fabrication varient en fonction des environnements liquides dans lesquels les membranes seraient utilisées. L'adhésion des nanoparticules d'oxyde de fer à la fibre de nylon se fait de trois manières :électropulvérisation, qui facilite le placement uniforme des nanoparticules dans les fibres ; assemblage couche par couche, où les particules sont déposées sur la fibre de manière électrostatique ; ou liaison chimique.
"Pour la membrane, il est important d'évaluer la rétention et la stabilité des particules, " a expliqué Trejo. " Vous voudriez que les nanoparticules restent sur les membranes en nylon 6 afin que le matériau puisse fonctionner tout au long de la vie. Si le matériau est utilisé pour des applications de traitement des eaux usées, vous ne voudriez pas que les particules elles-mêmes deviennent des polluants si elles se libèrent des membranes et dans l'eau."
Une gamme d'installations de pointe sur le campus a été utilisée par les chercheurs. Le Cornell Center for Materials Research (financé par le programme Materials Research Science and Engineering Center de la National Science Foundation) a soutenu cette étude par le biais de ses installations partagées. En outre, Le centre de nanobiotechnologie de Cornell et le laboratoire d'analyse des éléments nutritifs de Cornell ont soutenu cette recherche.
LA NANOFIBRE PEUT-ELLE VOUS SAUVER LA VIE ?
Les chercheurs du laboratoire du professeur Margaret Frey créent des fibres des centaines de fois plus fines qu'un cheveu humain qui peuvent capturer des produits chimiques toxiques et des agents pathogènes. Les fibres ont été conçues et combinées pour empêcher la propagation des produits chimiques agricoles et pour capturer les substances toxiques dans les liquides.
Minuscule, les dispositifs complexes sont traditionnellement fabriqués dans des salles blanches de haute technologie utilisant des équipements coûteux et du matériel coûteux, comme l'or. Frey et ses collègues remplacent ce coût en fabriquant les appareils avec des nanofibres de plastique, en dehors de la salle blanche, à l'aide d'un bon marché, procédé évolutif :électrofilage.
En utilisant des nanofibres, processus effectués dans un laboratoire de tests médicaux - par exemple, échantillons de purification, mélanger les ingrédients, capturer les bactéries – peut être fait avec du matériel de la taille d'un jeu de cartes. Les fibres sont rapides, moyen facile et peu coûteux de se concentrer sur E. coli, toxine cholérique ou cancérigènes et pour améliorer la précision de la détection. Finalement, ces fibres feront partie d'appareils aussi peu coûteux et faciles à utiliser que les tests de grossesse à domicile et permettront de diagnostiquer des maladies sans nécessiter de laboratoires spécialisés - particulièrement utiles dans les régions où l'accès aux médecins et aux hôpitaux est limité.
Pour éviter que les pesticides ne nuisent à l'environnement, Frey et ses étudiants ont encapsulé des pesticides dans des nanofibres biodégradables. 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, " elle a dit.
