Наноткани

Наноткани — это ткани, в состав которых входят мелкие частицы, которые придают обычным материалам такие преимущества, как супергидрофобность (чрезвычайная водостойкость, см. также « Эффект лотоса »), ^{[ 1 ]} устранение запаха и влаги, ^{[ 2 ]} повышение эластичности и прочности, ^{[ 3 ]} и бактериальная устойчивость. ^{[ 4 ]} В зависимости от желаемого свойства наноткань либо создается из наноскопических волокон, называемых нановолокнами , либо формируется путем нанесения раствора, содержащего наночастицы, на обычную ткань. Исследования нанотканей — это междисциплинарное усилие, включающее биоинженерию , ^{[ 5 ]} молекулярная химия , физика , электротехника , информатика и системная инженерия . ^{[ 3 ]} Применение нанотканей может произвести революцию в текстильном производстве. ^{[ 6 ]} и области медицины, такие как доставка лекарств и тканевая инженерия . ^{[ 7 ]}

Наномасштаб

Волокно шириной менее 1000 нанометров (1000 нм или 1 мкм) обычно называют нановолокном . ^{[ 9 ]} Наночастица атомов определяется как небольшая группа (100 нм или молекул радиусом нанометров менее 100 ) . ^{[ 10 ]} Частицы наномасштаба имеют очень высокое площади поверхности к объему соотношение , тогда как это соотношение намного ниже для объектов макроскопического масштаба . Высокая относительная площадь поверхности означает, что большая часть массы частицы находится на ее поверхности, поэтому нановолокна и наночастицы демонстрируют более высокий уровень взаимодействия с другими материалами. Высокое площади поверхности к объему соотношение , наблюдаемое в очень мелких частицах, позволяет создавать множество особых свойств, проявляемых нанотканями. ^{[ 11 ]}

Производство

Использование наночастиц и нановолокон для производства специализированных нанотканей стало предметом интереса после золь-гель ^{[ 12 ]} и электроспиннинг ^{[ 13 ]} методы были полностью разработаны в 1980-х годах. ^{[ 14 ]} С 2000 года резкое увеличение глобального финансирования ускорило исследовательскую деятельность в области нанотехнологий , включая исследования нанотканей. ^{[ 15 ]}

золь-гель

Золь -гель -процесс используется для создания гелеобразных растворов , которые можно наносить на текстиль в качестве жидкой отделки для создания нанотканей с новыми свойствами. ^{[ 16 ]} Процесс начинается с растворения наночастиц в жидком растворителе (часто в спирте ). После растворения несколько химических реакций происходит , которые заставляют наночастицы расти и образовывать сеть по всей жидкости. ^{[ 17 ]} Сеть превращает раствор в коллоид ( суспензию твердых частиц в жидкости) с желеобразной текстурой. Наконец, коллоид должен пройти процесс сушки, чтобы удалить излишек растворителя , прежде чем его можно будет использовать для обработки тканей. из смеси ^{[ 18 ]} Золь -гель -процесс аналогичным образом используется для изготовления полимерных нановолокон , которые представляют собой длинные ультратонкие цепи белков, связанных вместе.

Электропрядение

Электропрядение извлекает нановолокна из полимеров растворов (синтезированных золь-гель -процессом) и собирает их для формирования нетканых нанотканей. ^{[ 19 ]} сильное электрическое поле прикладывают К раствору для зарядки нитей полимера . Раствор . набирается в шприц и направляется на противоположно заряженную коллекторную пластину Когда сила притяжения между нановолокнами и пластиной коллектора превышает поверхностное натяжение раствора , нановолокна полимерными высвобождаются из раствора и осаждаются на пластину коллектора. Осажденные волокна образуют пористую наноткань, которая может способствовать доставке лекарств и тканевой инженерии в зависимости от типа используемого полимера . ^{[ 20 ]}

Приложения

Текстильное производство

Когда наноинженерные покрытия наносятся на ткани, наночастицы легко образуют связи с волокнами материала. Большая площадь поверхности по отношению к объему частиц увеличивает их химическую активность , позволяя им более прочно прилипать к материалам. Ткани, обработанные в процессе производства покрытиями из наночастиц , производят материалы, которые убивают бактерии, устраняют влагу и запах, а также предотвращают статическое электричество . Покрытия из полимерных нановолокон, нанесенные на текстиль, связываются с материалом на одном конце полимера , образуя поверхность из крошечных волосоподобных структур. ^{[ 16 ]} Полимерные «волоски» создают тонкий слой , который предотвращает контакт жидкостей с тканью. возможны наноткани с грязеотталкивающими, грязеотталкивающими и супергидрофобными Благодаря слою, образованному полимерными нановолокнами, свойствами . ^{[ 6 ]}

Разработка нанотканей для использования в швейной и текстильной промышленности все еще находится на ранних стадиях. Некоторые применения, такие как изготовление устойчивой к бактериям одежды, пока непрактичны с экономической точки зрения. Например, Корнеллского университета стоил 10 000 долларов. прототип бактерицидной куртки студента ^{[ 4 ]} так что может пройти много времени, прежде чем одежда из нанотканей появится на рынке.

Доставка лекарств

Наноткани, используемые в медицине, могут доставлять антибиотики , противораковые препараты, белки и ДНК в точных количествах. Электропрядение создает пористые наноткани, в которые можно загрузить желаемое лекарство, которое затем наносится на ткань целевой области. Лекарственное средство проходит через ткань путем диффузии - процесса, при котором вещества перемещаются через мембрану от высокой концентрации к низкой . Скорость введения препарата можно изменить, изменив состав наноткани. ^{[ 21 ]}

Тканевая инженерия

Нетканые материалы, изготовленные методом электропрядения, могут способствовать росту тканей органов, костей , нейронов , сухожилий и связок . Полимерные наноткани могут действовать либо как каркас для поддержки поврежденной ткани, либо как синтетический заменитель настоящей ткани. В зависимости от функции наноткань может быть изготовлена из натуральных или синтетических полимеров или их комбинации. ^{[ 20 ]}

Экологические последствия

По мере развития нанотехнологий проводится множество исследований для определения воздействия наноинженерных материалов на окружающую среду . ^{[ 22 ]} Большинство тканей могут потерять до 20% своей массы в течение срока службы, поэтому наночастицы, используемые в производстве нанотканей, рискуют попасть в воздух и водные пути. ^{[ 23 ]}

наносеребра Ожидается, что до 49,5% мирового производства будет приходиться на нанотекстильную промышленность из-за его антибактериальных свойств. Прогнозируется, что 20% наносеребра, используемого в индустрии нанотканей, попадет в водные пути, что может нанести вред микроорганизмам. Однако более 90% наносеребра удаляется при очистке на очистных сооружениях, поэтому вполне вероятно, что воздействие на окружающую среду будет минимальным. ^{[ 24 ]} Исследование наночастиц оксида алюминия показало, что их вдыхание вызывает воспаление легких крыс. ^{[ 25 ]} оксида алюминия Наночастицы не используются в больших количествах, поэтому их риск для здоровья незначителен. Другие исследования, проведенные для наночастиц, предполагают, что их воздействие на окружающую среду должно быть низким, поскольку индустрия нанотекстиля продолжает расти.

Ссылки

^ Эванс, Джон. «Нанотехнологическая ткань для одежды никогда не промокает » . Новый учёный .
^ «Маленькие частицы обещают бороться с неприятными запахами» . Американское химическое общество.
^ Jump up to: ^а ^б «Применение нанотехнологий в текстиле» . Джаярам и Ко.
^ Jump up to: ^а ^б Стовер, Дон. «Новые мощные «наноткани» отталкивают микробы» . CNN . Проверено 25 октября 2012 г.
^ «Биоинженеры из Гарвардского института Висса успешно воспроизводят принципы природного дизайна для создания индивидуальных нанотканей» . Институт Висса.
^ Jump up to: ^а ^б Ойфингер, Карин; Исбель Де Шрейвер (23 сентября 2009 г.). «Внедрение нанотехнологий в текстильное производство» . Азонано.
^ Ши, Цзиньджун; Вотруба, Александр Р; Фарохзад, Омид С; Лангер, Роберт (август 2010 г.). «Нанотехнологии в доставке лекарств и тканевой инженерии: от открытия к применению» . Нано-буквы . 10 (9): 3223–3230. дои : 10.1021/nl102184c . ПМЦ 2935937 . ПМИД 20726522 .
^ Хуан, Хинестроза. «Лаборатория текстильных нанотехнологий» . Группа исследования хинестрозы . Лаборатория текстильных нанотехнологий Корнелльского университета.
^ «Что такое нановолокна?» . ООО «СНС Нанофайбер Технологии». Архивировано из оригинала 2 февраля 2013 г.
^ Чарльз П. Пул младший; Фрэнк Дж. Оуэнс (2003). Введение в нанотехнологии . John Wiley & Sons, Inc. Хобокен, Нью-Джерси: ISBN 9780471079354 .
^ Харкират (июнь 2010 г.). «Приготовление и характеристика наножидкостей и некоторые исследования в области биологических применений» .
^ Бринкер, CJ; Г.В. Шерер (1990). Физика и химия золь-гель обработки . Академическая пресса. ISBN 978-0-12-134970-7 .
^ Доши, Дж.; Д. Х. Ренекер (1995). «Процесс электропрядения и применение электропрядения волокон». Журнал электростатики . 35 (2–3): 151–160. дои : 10.1016/0304-3886(95)00041-8 .
^ Кляйн, LC; Дж. Дж. Гарви (1980). «Кинетика золь-гель перехода». Журнал некристаллических твердых тел . 38 : 45–50. дои : 10.1016/0022-3093(80)90392-0 .
^ «Глобальное финансирование нанотехнологий и его влияние» (PDF) . Научная. Июль 2011.
^ Jump up to: ^а ^б Снайдерман, Дебби. «Использование жидких отделочных материалов для создания нанотканей» . АСМЭ.
^ Фалиппу, Жан (май 2000 г.). «Золь-гель: низкотемпературный процесс для материалов нового тысячелетия» .
^ Райт, доктор медицинских наук; NAJM Соммердейк. Золь-гель материалы: химия и применение .
^ «Электропрядение позволяет создавать сверхтонкие волокна для многих применений» . ЦСИРО. Январь 2009 г. Архивировано из оригинала 21 октября 2012 г.
^ Jump up to: ^а ^б Силл, Трэвис Дж.; Хорст А. фон Рекум (2008). «Электропрядение: применение в доставке лекарств и тканевой инженерии». Биоматериалы . 29 (13): 1989–2006. doi : 10.1016/j.bimaterials.2008.01.011 . ПМИД 18281090 .
^ Сима Агарвал; Иоахим Х. Вендорф; Андреас Грейнер (декабрь 2008 г.). «Использование метода электропрядения в биомедицинских целях» . Полимер . 49 (26): 5603–5621. doi : 10.1016/j.polymer.2008.09.014 .
^ Клаудия Сом; Питер Вик; Харальд Круг; Бернд Новак (2011). «Воздействие наноматериалов в нанотекстиле и фасадных покрытиях на окружающую среду и здоровье». Интернационал окружающей среды . 37 (6): 1131–1142. дои : 10.1016/j.envint.2011.02.013 . ПМИД 21397331 .
^ «Нанотехнологии текстиля» . Декабрь 2010.
^ К. Тиде; АБА Боксалл; XM Ван; Д. Гор; Д. Тиде; М. Бакстер; и др. (2010). Применение гидродинамической хроматографии-ICP-MS для исследования судьбы наночастиц серебра в активном иле .
^ С. Лу; Р. Даффин; С. Польша; П. Дейли; Ф. Мерфи; Э. Дрост; и др. (2009). «Эффективность простых краткосрочных анализов in vitro для прогнозирования способности наночастиц оксидов металлов вызывать воспаление легких» . Перспективы гигиены окружающей среды . 117 (2): 241–7. дои : 10.1289/ehp.11811 . ПМЦ 2649226 . ПМИД 19270794 .

Внешние ссылки

[superhydrophobic-1] Эванс, Джон. «Нанотехнологическая ткань для одежды никогда не промокает » . Новый учёный .

[odor_elimination-2] «Маленькие частицы обещают бороться с неприятными запахами» . Американское химическое общество.

[Jayaram-3] Jump up to: ^а ^б «Применение нанотехнологий в текстиле» . Джаярам и Ко.

[germ_resistance-4] Jump up to: ^а ^б Стовер, Дон. «Новые мощные «наноткани» отталкивают микробы» . CNN . Проверено 25 октября 2012 г.

[5] «Биоинженеры из Гарвардского института Висса успешно воспроизводят принципы природного дизайна для создания индивидуальных нанотканей» . Институт Висса.

[textile_applications-6] Jump up to: ^а ^б Ойфингер, Карин; Исбель Де Шрейвер (23 сентября 2009 г.). «Внедрение нанотехнологий в текстильное производство» . Азонано.

[drug_delivery_and_tissue_engineering-7] Ши, Цзиньджун; Вотруба, Александр Р; Фарохзад, Омид С; Лангер, Роберт (август 2010 г.). «Нанотехнологии в доставке лекарств и тканевой инженерии: от открытия к применению» . Нано-буквы . 10 (9): 3223–3230. дои : 10.1021/nl102184c . ПМЦ 2935937 . ПМИД 20726522 .

[Cornell_nanotextiles-8] Хуан, Хинестроза. «Лаборатория текстильных нанотехнологий» . Группа исследования хинестрозы . Лаборатория текстильных нанотехнологий Корнелльского университета.

[nanofiber-9] «Что такое нановолокна?» . ООО «СНС Нанофайбер Технологии». Архивировано из оригинала 2 февраля 2013 г.

[nanoparticle-10] Чарльз П. Пул младший; Фрэнк Дж. Оуэнс (2003). Введение в нанотехнологии . John Wiley & Sons, Inc. Хобокен, Нью-Джерси: ISBN 9780471079354 .

[nanotech_thesis-11] Харкират (июнь 2010 г.). «Приготовление и характеристика наножидкостей и некоторые исследования в области биологических применений» .

[12] Бринкер, CJ; Г.В. Шерер (1990). Физика и химия золь-гель обработки . Академическая пресса. ISBN 978-0-12-134970-7 .

[13] Доши, Дж.; Д. Х. Ренекер (1995). «Процесс электропрядения и применение электропрядения волокон». Журнал электростатики . 35 (2–3): 151–160. дои : 10.1016/0304-3886(95)00041-8 .

[14] Кляйн, LC; Дж. Дж. Гарви (1980). «Кинетика золь-гель перехода». Журнал некристаллических твердых тел . 38 : 45–50. дои : 10.1016/0022-3093(80)90392-0 .

[15] «Глобальное финансирование нанотехнологий и его влияние» (PDF) . Научная. Июль 2011.

[liquid_finish-16] Jump up to: ^а ^б Снайдерман, Дебби. «Использование жидких отделочных материалов для создания нанотканей» . АСМЭ.

[more_sol-gel-17] Фалиппу, Жан (май 2000 г.). «Золь-гель: низкотемпературный процесс для материалов нового тысячелетия» .

[sol-gel-18] Райт, доктор медицинских наук; NAJM Соммердейк. Золь-гель материалы: химия и применение .

[19] «Электропрядение позволяет создавать сверхтонкие волокна для многих применений» . ЦСИРО. Январь 2009 г. Архивировано из оригинала 21 октября 2012 г.

[electrospinning-20] Jump up to: ^а ^б Силл, Трэвис Дж.; Хорст А. фон Рекум (2008). «Электропрядение: применение в доставке лекарств и тканевой инженерии». Биоматериалы . 29 (13): 1989–2006. doi : 10.1016/j.bimaterials.2008.01.011 . ПМИД 18281090 .

[21] Сима Агарвал; Иоахим Х. Вендорф; Андреас Грейнер (декабрь 2008 г.). «Использование метода электропрядения в биомедицинских целях» . Полимер . 49 (26): 5603–5621. doi : 10.1016/j.polymer.2008.09.014 .

[environment_effects-22] Клаудия Сом; Питер Вик; Харальд Круг; Бернд Новак (2011). «Воздействие наноматериалов в нанотекстиле и фасадных покрытиях на окружающую среду и здоровье». Интернационал окружающей среды . 37 (6): 1131–1142. дои : 10.1016/j.envint.2011.02.013 . ПМИД 21397331 .

[23] «Нанотехнологии текстиля» . Декабрь 2010.

[24] К. Тиде; АБА Боксалл; XM Ван; Д. Гор; Д. Тиде; М. Бакстер; и др. (2010). Применение гидродинамической хроматографии-ICP-MS для исследования судьбы наночастиц серебра в активном иле .

[aluminum_oxide-25] С. Лу; Р. Даффин; С. Польша; П. Дейли; Ф. Мерфи; Э. Дрост; и др. (2009). «Эффективность простых краткосрочных анализов in vitro для прогнозирования способности наночастиц оксидов металлов вызывать воспаление легких» . Перспективы гигиены окружающей среды . 117 (2): 241–7. дои : 10.1289/ehp.11811 . ПМЦ 2649226 . ПМИД 19270794 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[ 22 ]

[ 23 ]

[ 24 ]

[ 25 ]