Nano-stil ark kan hjælpe sundhed, skjold økosystem

Mikroskopisk, "nanomembran" plader lavet af nylon ligner en sammenfiltret bane. De små jernoxidpartikler på fiberoverfladerne kan hjælpe med at rense giftige kemikalier fra vand, men hvis partiklerne bliver adskilt fra nettet, de kan selv blive til fare.

I en ny undersøgelse, Cornell-forskere undersøgte disse specielle nylonplader - fyldt med påførte jernoxidpartikler i nanoskala - for at se, om partiklerne vaskes løs.

Partiklerne fungerer som magneter til at fange bakterier og vira, og at udvinde kemikalier eller farvestofmolekyler ud af vand. Membraner med disse partikler fastgjort kunne bruges i enheder til at detektere vandforurening eller i filtre til fjernelse af kemikalier eller farvestoffer fra industriaffald. Imidlertid, at være effektiv og sikker, partiklerne skal blive på membranen. Undersøgelsen evaluerede nanopartikelbehandlingens ensartethed og partikelretention af nylonmembranerne, da de blev behandlet (eller vasket) i opløsninger med varierende pH-niveauer.

"Det er afgørende at evaluere partikelretention og stabilitet på fibre for at reducere menneskers sundhed og miljømæssige bekymringer, " sagde Nidia Trejo, en Cornell-ph.d.-studerende inden for fibervidenskab. Trejo, hvem med Margaret Frey, professor i fibervidenskab, forfattet undersøgelsen, "En sammenlignende undersøgelse af elektrosprayet, lag for lag, og kemisk podede nanomembraner fyldt med jernoxidnanopartikler, "i Journal of Applied Polymer Science , 14. juli.

Nanomembran-arkstrukturen ligner et tørreark, men er lavet af lag af bittesmå, tilfældigt orienterede fibre, der kun kan ses med elektronmikroskoper. Disse nanomembraner har et højt forhold mellem overflade og volumen, hvilket øger materialets funktion.

Fremstillingsmetoderne varierer afhængigt af de flydende miljøer, hvori membranerne vil blive brugt. Vedhæftning af nanopartikler af jernoxid til nylonfibre foregår på tre måder:elektrospraying, som letter ensartet placering af nanopartikler i fibrene; lag for lag samling, hvor partikler er belagt på fiberen elektrostatisk; eller kemisk binding.

"For membranen, det er vigtigt at evaluere partikelretention og stabilitet, "Trejo forklarede. "Du ville ønske, at nanopartiklerne forbliver på Nylon 6-membranerne, så materialet kan have funktion gennem hele livet. Hvis materialet bruges til spildevandsbehandling, du vil ikke have, at partiklerne selv bliver forurenende, hvis de frigives fra membranerne og ud i vandet."

En række state-of-the-art faciliteter på campus blev brugt af forskerne. Cornell Center for Materials Research (finansieret gennem National Science Foundations Materials Research Science and Engineering Center-program) støttede denne undersøgelse gennem dets fælles faciliteter. Derudover Cornells Nanobiotechnology Center og Cornell Nutrient Analysis Laboratory understøttede denne forskning.

KAN NANOFIBER REDDE DIT LIV?

Forskere i professor Margaret Freys laboratorium skaber fibre hundredvis af gange tyndere end et menneskehår, der kan fange giftige kemikalier og patogener. Fibrene er designet og kombineret for at forhindre spredning af landbrugskemikalier og til at opfange giftige stoffer i væsker.

Lille bitte, komplekse enheder fremstilles traditionelt i højteknologiske renrum ved hjælp af dyrt udstyr og kostbart materiale, som guld. Frey og hendes kolleger erstatter disse omkostninger ved at lave enhederne med nanofibre af plastik, uden for det rene værelse, ved hjælp af en billig, skalerbar proces:elektrospinning.

Brug af nanofibre, processer udført i et medicinsk testlaboratorium – f.eks. rensning af prøver, blande ingredienser, fange bakterier - kan gøres med materiale på størrelse med et kortspil. Fibrene er hurtige, nem og billig måde at koncentrere sig om E. coli, koleratoksin eller kræftfremkaldende stoffer og for at forbedre nøjagtigheden af ​​detektion. Til sidst, disse fibre vil være en del af enhederne, der er lige så billige og lette at bruge som hjemmegraviditetstest og diagnosticerer sygdomme uden at kræve specialiserede laboratorier - især nyttige i regioner med begrænset adgang til læger og hospitaler.

For at forhindre, at pesticider skader miljøet, Frey og hendes elever har indkapslet pesticider i biologisk nedbrydelige nanofibre. 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, " hun sagde.