Наноцелюлоза в медицине и экопромышленности

Представьте себе, если было бы возможным взять один из самых распространенных природных материалов на земле и использовать его, для облегчения тяжелейших объектов, для замены синтетические материалов или использовать его для протезирования в быстро развивающейся области науки — стоматологии?

Все это может быть возможным с применением целлюлозных нанокристаллов, молекулярных частиц любых живых растений.  Они могут быть смешаны с пластмассой и другими синтетическими материаламит в качестве промышленного наполнителя. Они на столько же крепкие, как сталь, твердые как стекло, легкие и экологичные.

«Пластмассы в настоящее время армируются наполнителями из стали, углеволокном, кевларом или стеклом. Существует постоянный спрос на производстве в прочных материалах, которые имеют малый вес и являются достаточно прочными, чтобы заменить эти наполнители,» сказал Дуглас М. Фокс, доцент химии Американского университета ( American University).





«Целлюлозные нанокристаллы являются экологически чистым наполнителем. Если прийдет время, когда они будут широко использываться промышленностью, то это кардинально уменьшит вес материалов, что позволит снизить потребление энергии.»

Фокс подал патент на свою разработку  нанокристаллов целлюлозы, которая включает в себя простую и масштабируемую технологию улучшения их производительности. Результаты его метода опубликованы, и их  можно найти в журнале  ACS Applied Materials and Interfaces. Технология Фокса может быть применена в производстве биоматериалов  для применения в машинстроении, строительстве и в производстве ветровых турбин. 

 

Сила целлюлозы

 

Целюлоза дает стеблям, листьям и другим органическим материалам в природном мире их прочность. Это свойство уже было использована во многих коммерческих материалах. На наноуровне, целлюлозные волокна могут быть разбиты на мелкие кристаллы — частицы меньше, чем десять миллионных метра. Исследователи готовят кристаллы различных размеров и прочности из целлюлозы добываемой из природных источников, таких как деревесина, туникаты (хордовые морские огурцы) и некоторые виды бактерий.

Для потенциального применения в промышленности препятствием явлеется их количество.Так как наноцелюлоза рассеивается внутри пластика, ученые должны найти «сладкое пятно»: необходимое количество наночастиц в матрице, которое дает самые прочные и самые легкие свойства. Фокс преодолел четыре основных барьера, изменяя химию поверхности нанокристаллов с помощью простого процесса ионного обмена. Ионообмен уменьшает водопоглощение (композиты целлюлозы теряют свою прочность при поглощении воды); увеличение температуры, при которой нанокристаллы разлагатются (необходимо смешение с пластмассами); уменьшение окомкования; и улучшает повторное рассеивание после сушки кристаллов.



 

Рост клеток

 

Целлюлозные нанокристаллы как биоматериал — это еще одна коммерческая перспектива. В стоматологическо- восстановительной медицине это восстановление необходимого объема костной ткани для фиксации зубов пациента или зубных имплантатов. Исследователи из Национального института стандартов и технологий, на основе соглашения с Национальным институтом стоматологических и черепно-лицевых исследований Национального института здоровья, ищут улучшения клинического подхода, который бы помог вырастить кости  пациента. Когда исследователи экспериментировали с модифицированными нанокристаллами Фокса, они смогли применить нанокристаллы в каркасах для стоматологических целей регенеративной медицины.

«Когда мы культивировали клетки целлюлозных нанокристаллов с использованием каркасов, предварительные результаты показали замечательный потенциал этих материалов в механических свойствах и в биологической реакции. Это говорит о том, что каркасы с нанокристаллами целлюлозы являются перспективным подходом для регенерации костной ткани,» сказал Мартин Чан, руководитель группы по биоматериалам NIST проекта в области здоровья ротовой полости.

Другим направлением сотрудничества Фокса является  Технологический институт Джорджии и компания Owens Corning, специализирующаяся на изоляции из стекловолокна и композитных материалов. Она исследует перспективные материалы для замены стеклопластика, используемого в самолетах, автомобилях и ветряных турбинах. Она также сотрудничает с Vireo Advisors и NIST для определения свойств и безопасности целлюлозных нанокристаллов и нановолокон. опубликовано  

 



Источник: phys.org/news/2016-11-nanocellulose-medicine-green.html