7 καταπληκτικοί τρόποι που χρησιμοποιούμε τη νανοκυτταρίνη

Η νανοκυτταρίνη είναι κατασκευασμένη από νανοδομημένη κυτταρίνη — υλικό από τοιχώματα φυτών που έχει αναδιαταχθεί κοντά στο μοριακό επίπεδο. Αυτό του δίνει μοναδικά χαρακτηριστικά. Κατασκευάζεται χύμα με τροφοδοσία ξυλοπολτού σε φύκια ή με χειροκίνητο διαχωρισμό της κυτταρίνης από ξυλοπολτό και αναδιάταξη της σε κρυσταλλικές ή ινώδεις δομές. Η νανοκυτταρίνη είναι βιώσιμη, ανανεώσιμη και βιοσυμβατή.

Το υλικό έχει μερικά μοναδικά χαρακτηριστικά - συμπεριλαμβανομένου του υψηλού λόγου διαστάσεων, της αντοχής και της επιφάνειας - που το καθιστούν ένα πιθανό φιλικό προς το περιβάλλον αντικατάσταση πλαστικών και συμβατικών προϊόντων κυτταρίνης. Αυτές είναι μερικές από τις πιο ενδιαφέρουσες χρήσεις του υλικού, οι οποίες ενδέχεται να διαταράξουν πολλά πεδία τα επόμενα χρόνια.

1. Έντυπα Ηλεκτρονικά

Τα προϊόντα νανοκυτταρίνης που ονομάζονται αγώγιμο χαρτί μπορούν να επιτρέψουν μια σειρά ηλεκτρονικών ειδών που είναι λεπτές στο χαρτί, εύκαμπτα και πολύ πιο πράσινα από τα συμβατικά αντίστοιχά τους.

Τα εκτυπώσιμα ηλεκτρονικά είναι κατασκευασμένα από μελάνια που εκτυπώνονται απευθείας σε μια επιφάνεια υποστρώματος. Τα μελάνια σχηματίζουν ηλεκτρονικά εξαρτήματα όπως τρανζίστορ, πυκνωτές και αντιστάσεις. Το αποτέλεσμα είναι εξαιρετικά προσιτά αντικείμενα ικανά για απλούς υπολογισμούς και διαδραστικές λειτουργίες. Στην πράξη, αυτά τα ηλεκτρονικά είναι αρκετά ισχυρά ώστε να υποστηρίζουν ετικέτες RFID, αισθητήρες, παιχνίδια και διαδραστικές ετικέτες προϊόντων.

Συνήθως, οι κατασκευαστές τυπώνουν αυτά τα εύκαμπτα ηλεκτρονικά σε πλαστικό υπόστρωμα αντί για πιο βιώσιμα υλικά όπως το χαρτί. Τα πρώτα πειράματα διαπίστωσαν ότι η αδιαφάνεια, το πορώδες και η υψηλή τραχύτητα της επιφάνειας του υλικού το έκαναν μια μη πρακτική εναλλακτική του πλαστικού.

Η νανοκυτταρίνη προσφέρει μερικά πλεονεκτήματα σε σχέση με αυτά τα υλικά. Αυτά τα προϊόντα δεν έχουν τα ίδια μειονεκτήματα που έχει το χαρτί — τα υποστρώματα μπορεί να είναι διαυγή, μη πορώδη και να έχουν εξαιρετικά λείες επιφάνειες. Ταυτόχρονα, είναι εξίσου ευέλικτο με το χαρτί. Εάν το υπόστρωμα νανοκυτταρίνης είναι αρκετά λεπτό, μπορεί ακόμη και να διπλωθεί επάνω του με ζημιά.

Η νανοκυτταρίνη είναι επίσης πολύ πιο πράσινη από το πλαστικό.

Ενώ είναι ακόμα πειραματικά, τα τυπωμένα ηλεκτρονικά από κυτταρίνη θα μπορούσαν να επιτρέψουν ελαφριά και χαμηλού κόστους ηλεκτρονικά που είναι επίσης πολύ πιο βιώσιμα από τα συμβατικά ηλεκτρονικά.

2. Φίλτρα νερού χαμηλού κόστους

Η λειψυδρία προβλέπεται να είναι μια από τις σημαντικότερες προκλήσεις του 21ου αιώνα. Η παραγωγή χαμηλού κόστους, ελαφρών φίλτρων θα μπορούσε να προσφέρει σωτήρια για τους ανθρώπους σε όλο τον κόσμο με περιορισμένη πρόσβαση σε καθαρό πόσιμο νερό.

Όπως πολλά νανοϋλικά, η μοναδική δομή της νανοκυτταρίνης της επιτρέπει να καθαρίζει υγρά. Όταν διαμορφώνεται σε μια μεμβράνη, λειτουργεί ως ένα εξαιρετικά αποτελεσματικό φίλτρο νερού. Η τρέχουσα έρευνα ανακάλυψε ότι το υλικό είναι ιδιαίτερα καλό στο να τραβάει ιόντα βαρέων μετάλλων και βαφές από το νερό. Υπάρχουν επίσης στοιχεία ότι η νανοκυτταρίνη μπορεί να είναι αποτελεσματική στην απολύμανση μικροβίων και ιών από υγρά.

Η νανοκυτταρίνη δεν κατασκευάζεται ακόμη αρκετά ευρέως για να κάνει αυτά τα φίλτρα νερού πρακτικά. Ωστόσο, οι εξελίξεις που μειώνουν το κόστος κατασκευής νανοκυτταρίνης, μαζί με την επέκταση της παραγωγικής ικανότητας, θα μπορούσαν να ενεργοποιήσουν σύντομα αυτά τα φίλτρα.

3. Καθαρισμός αέρας

Οι ίδιες ιδιότητες που κάνουν τη νανοκυτταρίνη ένα εξαιρετικό φίλτρο νερού τη βοηθούν επίσης να απομακρύνει τις ακαθαρσίες από τον αέρα.

Ένα φίλτρο αέρα με βάση τη νανοκυτταρίνη αφαίρεσε έως και το 99% των λεπτών σωματιδίων - όπως σκόνη, αιθάλη, αιθαλομίχλη και σταγονίδια. Η έκθεση σε αυτά τα λεπτά σωματίδια συνδέεται με πολλά σοβαρά προβλήματα υγείας. Το φίλτρο είχε επίσης υψηλή διαπερατότητα αέρα, που σημαίνει ότι δεν διαταράσσει σημαντικά τη ροή του αέρα που περνούσε μέσα από το φίλτρο.

Αυτό θα μπορούσε να κάνει τα φίλτρα αέρα νανοκυτταρίνης μια εξαιρετική επιλογή για οικιακά και εμπορικά συστήματα HVAC. Τα συμβατικά φίλτρα αέρα υψηλού MERV παγιδεύουν τα περισσότερα λεπτά σωματίδια, αλλά τείνουν να επιβαρύνουν επιπλέον το σύστημα HVAC περιορίζοντας τη ροή του αέρα.

Ένα φίλτρο που είναι οικονομικά αποδοτικό, εξαιρετικά διαπερατό και αποτελεσματικό στη σύλληψη σωματιδίων θα μπορούσε να είναι απαραίτητο σε μια σειρά περιβαλλόντων — όπως νοσοκομεία, εργοστάσια και περιοχές με χαμηλή ποιότητα αέρα.

4. Συστήματα χορήγησης φαρμάκων

Οι νανοκρύσταλλοι κυτταρίνης (CNC), ένας από τους κύριους τύπους νανοκυτταρίνης, είναι βιοδιασπώμενοι και βιοσυμβατοί. Είναι λιγότερο πιθανό να επιτεθούν από το ανοσοποιητικό σύστημα ή να προκαλέσουν τοξική απόκριση στο σώμα.

Για το λόγο αυτό, οι ερευνητές έχουν δοκιμάσει τη χρήση CNC με ένα ευρύ φάσμα πιθανών βιοϊατρικών εφαρμογών — συμπεριλαμβανομένων ιστών αντικατάστασης, υποκατάστατων εμφυτευμάτων, νέων βιοαισθητήρων, συσκευών χορήγησης φαρμάκων και απορροφήσιμων αιμοστατικών.

Οι βιοϊατρικοί επιστήμονες έχουν χρησιμοποιήσει νανοκυτταρίνη για να φτιάξουν στοχευμένα συστήματα απελευθέρωσης φαρμάκων. Η εγκλεισμό ενός φαρμάκου σε νανοκυτταρίνη που έχει σχεδιαστεί για να ανταποκρίνεται σε ορισμένα επίπεδα pH μπορεί να δημιουργήσει μια θεραπεία που απελευθερώνεται μόνο σε ένα συγκεκριμένο τμήμα του πεπτικού συστήματος ενός ατόμου. Αυτό το σύστημα χορήγησης φαρμάκων θα μπορούσε να επιτρέψει την άμεση στόχευση των κυττάρων στο στομάχι, το κόλον και τα έντερα.

Σε μια μελέτη, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα σύμπλεγμα που περιέχει κουρκουμίνη, ένα εκχύλισμα κύμινου με αντιπολλαπλασιαστικές ιδιότητες και νανοκυτταρίνη για να παραδώσουν ένα φάρμακο που στόχευε τα καρκινικά κύτταρα στο κόλον και στον προστάτη. Διαπίστωσαν ότι το σύστημα άμεσης χορήγησης παρήγαγε πιο αποτελεσματικό αντιπολλαπλασιαστικό αποτέλεσμα από ότι η κουρκουμίνη μόνη της.

Αρκετές μελέτες έχουν πειραματιστεί με άλλες συσκευές φαρμάκων — όπως η χορήγηση δεξαμεθαζόνης μέσω μαγνητισμένων σφαιριδίων υδρογέλης κατασκευασμένα από CNC.

Ενώ είναι ακόμα πειραματικό, το χαμηλό κόστος άνθρακα και η απλότητα της διαδικασίας παραγωγής νανοκυτταρίνης το καθιστούν καλό υποψήφιο για νέα συστήματα χορήγησης φαρμάκων.

5. Μηχανική Ιστών

Η Μηχανική Ιστών (ΤΕ) είναι ένας ταχέως αναπτυσσόμενος τομέας της βιοϊατρικής μηχανικής που επικεντρώνεται στη δημιουργία βιολογικών υποκατάστατων για χαμένους ή κατεστραμμένους ιστούς και όργανα. Όπως και με τα συστήματα χορήγησης φαρμάκων, η βιωσιμότητα, η βιοσυμβατότητα και η βιοαποδομησιμότητα της νανοκυτταρίνης την έχουν καταστήσει ένα όλο και πιο δημοφιλές υλικό στη βιοϊατρική έρευνα.

Μέχρι στιγμής, οι ερευνητές έχουν χρησιμοποιήσει CNC για να υποστηρίξουν την ΤΕ με μερικούς διαφορετικούς τρόπους. Ένα από τα πιο συνηθισμένα είναι η χρήση του ως ικρίωμα - η δομική υποστήριξη για την προσκόλληση των κυττάρων και την ανάπτυξη νέων ιστών. Σε συνδυασμό με άλλα βιολογικά υλικά, όπως το κολλαγόνο, η ζελατίνη και το γαλακτικό οξύ, το CNC δρα ως ένα είδος προηγμένου επίδεσμου πληγών που μπορεί να επιταχύνει σημαντικά τη διαδικασία αναγέννησης των ιστών σε ασθενείς που έχουν χάσει δέρμα ή έχουν υποστεί βλάβη οργάνων.

Όπως και στα συστήματα χορήγησης φαρμάκων, η βιοσυμβατότητα και η βιοαποδομησιμότητα της νανοκυτταρίνης την καθιστούν εξαιρετικό υποψήφιο για μηχανική ιστών.

6. Ευέλικτες μπαταρίες με βάση το χαρτί

Οι ίνες νανοκυτταρίνης (NCF) μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία ενός νέου είδους μπαταρίας λιθίου-μετάλλου. Τα NCF λειτουργούν ως διαχωριστικά μεταξύ των θετικών και αρνητικών κόμβων, καθώς και το υπόστρωμα στο οποίο είναι χτισμένοι αυτοί οι κόμβοι.

Αυτές οι μπαταρίες λιθίου-μετάλλου έχουν υψηλή χωρητικότητα αποθήκευσης ενέργειας και είναι ελαστικές και σαν αφρός στη δομή. Το υλικό είναι μαλακό και ισχυρό, καθώς και ικανό να λυγίζει και να τεντώνεται σημαντικά χωρίς να σπάει. Αυτή η ευελιξία επιτρέπει έναν πιο δημιουργικό σχεδιασμό μπαταρίας.

Οι ερευνητές πίσω από μια μελέτη για αυτές τις μπαταρίες πιστεύουν ότι θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε μελλοντικά ηλεκτρικά οχήματα ή ακόμα και σε ρούχα.

7. Πράσινη μόνωση

Η υψηλή επιφάνεια και η ομοιόμορφη δομή της νανοκυτταρίνης την καθιστούν αποτελεσματικό μονωτικό.

Σύμφωνα με μια μελέτη, είναι δυνατό να δημιουργηθεί ένας αφρός από νανοκυτταρίνη που είναι πιο αποτελεσματικός από το φελιζόλ στην παροχή μόνωσης. Το υλικό που προκύπτει είναι επίσης εξαιρετικά ανθεκτικό — ικανό να υποστηρίξει 200 ​​φορές το βάρος του χωρίς να παραμορφώνεται.

Το φελιζόλ είναι ένας κοινός μονωτήρας χαμηλού κόστους, αλλά μπορεί επίσης να έχει σημαντικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Το υλικό είναι κατασκευασμένο από πολυστυρένιο, ένα πλαστικό με βάση το πετρέλαιο, και δεν βιοδιασπάται. Επειδή είναι ελαφρύ, φυσιέται εύκολα από τον άνεμο και συχνά διαφεύγει από τα συστήματα συλλογής απορριμμάτων.

Μια βιώσιμη και βιοδιασπώμενη εναλλακτική λύση του φελιζόλ, αν είναι φθηνή στην κατασκευή, θα μπορούσε να βοηθήσει στην αντικατάσταση μιας από τις πιο σημαντικές πηγές προϊόντων με βάση το πετρέλαιο σε χώρους υγειονομικής ταφής.

Πώς η νανοκυτταρίνη μπορεί να μεταμορφώσει τον τρόπο που ζούμε

Οι περισσότερες από αυτές τις εφαρμογές είναι ακόμα πειραματικές. Δεν υπάρχει ακόμη σταθερή διαδικασία για την παραγωγή νανοκυτταρίνης σε κλίμακα, και ενώ η αγορά για το υλικό αναπτύσσεται γρήγορα, χρειάζεται ακόμη να γίνει έρευνα για να καταστεί η νανοκυτταρίνη πρακτική σε κλίμακα.

Ωστόσο, αυτά τα πειράματα καταδεικνύουν τις τεράστιες δυνατότητες που έχει το υλικό. Θα μπορούσε να αντικαταστήσει τα πλαστικά σε μια μεγάλη ποικιλία πεδίων, να εξαλείψει την ανάγκη για μόνωση από φελιζόλ και να βοηθήσει να γίνουν τα ηλεκτρικά οχήματα πιο πρακτικά.

Επειδή είναι βιοδιασπώμενο και η διαδικασία κατασκευής του είναι βιώσιμη, το υλικό θα μπορούσε να βοηθήσει να γίνει η καθημερινή ζωή πολύ πιο πράσινη.