Med køkkenfryser og plantecellulose, der udvikles en aerogel til terapeutisk brug

En ny billig og bæredygtig teknik ville øge mulighederne for hospitaler og klinikker for at levere terapi med aerogel, et skumlignende materiale, der nu findes i højteknologiske applikationer som isolering til rumdragter og åndbart plaster.

Ved hjælp af en almindelig køkkenfryser, denne nyeste form for aerogel blev lavet af alle naturlige ingredienser, herunder plantecellulose og alger, siger Jowan Rostami, en forsker i fiberteknologi ved KTH Royal Institute of Technology i Stockholm.

Rostami siger, at aerogelens lave tæthed og gunstige overfladeareal gør den ideel til en bred vifte af anvendelser, herunder tidsbestemt frigivelse af medicin og sårforbinding.

Fremskridtet blev rapporteret i det videnskabelige tidsskrift, Materialer i dag , af forskere fra Institut for Fiber- og Polymerteknologi på KTH, Institut for Teknisk Mekanik på KTH, Wallenberg Wood Science Center på KTH, og afdelingen for solidmekanik ved Lunds Universitet.

Aerogelens tæthed kunne skubbes ned til så lave niveauer som 2 kg pr. kubikmeter, som hendes forskerhold mener er blandt de laveste registrerede tætheder for lignende materialer, hun siger.

"For at give dig en idé om, hvor let det er - luftens tæthed er 1,23 kg pr. kubikmeter."

For at demonstrere, at materialet kan bruges til kontrolleret levering af terapeutika., forskerne knyttet proteiner til aerogelen gennem en vandbaseret selvsamlingsproces.

"Aerogelen er designet til biointeraktivitet, så det kan for eksempel bruges til at behandle sår eller andre medicinske problemer, " siger Rostami.

Med en luftmængde på op til næsten 99,9 procent, aerogeler er superlette, men alligevel holdbare (KTH aerogelen er næsten 99 procent luft). De er blevet brugt i en bred vifte af produkter siden midten af ​​det 20. århundrede, fra hudpleje til maling, og talrige materialer til bygningskonstruktion.

Tekniske fremskridt har muliggjort aerogeler fra planteceller - eller cellulose nanofibriller - som har skabt interesse for miljømæssige applikationer såsom vandrensning og boligisolering. Den grundlæggende proces for nanocellulosebaserede aerogeler involverer spredning af nanofibriller i vand, og derefter tørre blandingen ud.

Men skridtene på vejen er energikrævende og tidskrævende, dels fordi de kræver frysetørring eller kritisk punkttørring med CO ₂ gas.

"Vi bruger i stedet en bæredygtig tilgang, " siger Rostami. "Det er enkelt, men alligevel sofistikeret."

Fibrillerne blandes i vand med alginat - en naturligt forekommende polymer i tang - og derefter tilsættes calciumcarbonat. I fryseren, vandet bliver til is og komprimerer disse komponenter sammen, fremstilling af en frossen hydrogel.

Den frosne hydrogel tages ud af fryseren og anbringes i acetone, som ikke kun fjerner vand og fordamper hurtigt, men ved at tilsætte en smule syre til acetonen, det opløser calciumcarbonatpartiklerne og frigiver CO ₂ - genererer de bobler, der kan gøre materialet mere porøst.

Opløsningen af ​​calciumcarbonat muliggør endnu en fordel:det frigiver calciumioner, som tværbinder med alginat og CNF'er, giver aerogelen vådstabilitet og dens evne til at genvinde sin form efter at være blevet overfyldt med væske.

Rostami siger, at denne kvalitet yderligere bidrager til aerogelens anvendelighed i flere applikationer, "uden at bruge dyre, tids- og energikrævende processer, giftige kemikalier eller kompliceret kemi."