Nanotech forvandler bomuldsfibre til moderne vidunder

Juan Hinestroza og hans elever lever i en bomuldsblød nano-verden, hvor de skaber tøj, der dræber bakterier, leder elektricitet, afværger malaria, fanger skadelig gas og væver transistorer ind i skjorter og kjoler.

"Bomuld er et af de mest fascinerende - og misforståede materialer, " sagde Hinestroza, lektor i fibervidenskab, der leder Textiles Nanotechnology Laboratory i Cornell. "I en nanoskala verden - og det er vores verden - kan vi kontrollere cellulosebaserede materialer et atom ad gangen."

Hinestroza-gruppen har forvandlet bomuldsfibre til elektroniske komponenter såsom transistorer og termistorer, så i stedet for at tilføje elektronik til stoffer, han omdanner stoffet til en elektronisk komponent.

"At skabe transistorer og andre komponenter ved hjælp af bomuldsfibre bringer et nyt perspektiv til den sømløse integration af elektronik og tekstiler, gør det muligt at skabe unikke bærbare elektroniske enheder, " sagde Hinestroza.

Ved at drage fordel af bomulds uregelmæssige topografi, Hinestroza og hans elever tilføjede konforme belægninger af guld nanopartikler, samt halvledende og ledende polymerer for at skræddersy opførselen af ​​naturlige bomuldsfibre.

"Lagene var så tynde, at fleksibiliteten af ​​bomuldsfibrene altid er bevaret, " sagde Hinestroza, "Fibre er overalt fra dit undertøj, pyjamas, tandbørster, dæk, sko, autostole, luftfiltreringssystemer og endda dit tøj."

Abbey Liebman '10 skabte en kjole ved hjælp af ledende bomuldstråde, der er i stand til at oplade en iPhone. Med ultratynde solpaneler til trim og en USB-oplader gemt i taljen, den sydvest-inspirerede beklædning fangede nok solskin til at oplade mobiltelefoner og andre håndholdte enheder - så bæreren kunne forblive tilsluttet.

Teknologien kan indlejres i skjorter for at måle puls eller analysere sved, syet ind i puder for at overvåge hjernesignaler eller påført interaktive tekstiler med opvarmnings- og kølefunktioner.

"Tidligere teknologier har opnået lignende funktionaliteter, men disse fibre blev stive eller tunge, i modsætning til vores garn, som er venlige over for yderligere behandling, såsom vævning, syning og strikning, " sagde Hinestroza.

Syntetisering af nanopartikler og fastgørelse af dem til bomuld skaber ikke kun farve på fiberoverflader uden brug af farvestoffer, men de nye overflader kan effektivt dræbe 99,9 procent af bakterierne, som kan hjælpe mod forkølelse, influenza og andre sygdomme.

To af Hinestrozas elever skabte en bodysuit med hætte indlejret med insekticider – ved hjælp af organiske metalmolekyler, eller MOF'er - for at afværge malariamyg. Malaria dræber mere end 600, 000 mennesker årligt i Afrika. Mens insekticidbehandlede net er almindelige i afrikanske hjem, beklædningen mod malaria kan bæres i løbet af dagen for at give ekstra beskyttelse og forsvinder ikke som hudbaserede afskrækningsmidler.

Andre studerende har brugt MOF'er til at skabe en maske og hætte, der er i stand til at fange giftige gasser på en selektiv måde. MOF'er, som er klyngede krystallinske forbindelser, kan manipuleres på nanoniveau for at bygge nanoskala bure, der har nøjagtig samme størrelse som den gas, de forsøger at fange.

"Vi ønskede at udnytte kraften i disse molekyler til at absorbere gasser og inkorporere disse MOF'er i fibre, som giver os mulighed for at lave meget effektive filtreringssystemer, " forklarer han.

Hinestroza leder altid efter nye måder at anvende bomuld på som et lærred til at skabe uendelige moderne anvendelser.

"Vi ønsker at omdanne traditionelle naturlige fibre til ægte ingeniørmaterialer, der er multifunktionelle, og som kan tilpasses til enhver efterspørgsel, " sagde han. "Vi er kemikere, vi er materialeforskere, vi ønsker at skabe materialer, der vil udføre mange funktioner, men lad den forblive fleksibel og lige så behagelig som en t-shirt eller et par gamle jeans."