Det senaste decenniet har sett en ökning av vetenskapliga publikationer och patent på cellulosa, den vanligaste naturliga polymeren. Genom att granska dessa papper, en forskare vid UPV/EHU:s avdelning för grafisk design och tekniska projekt har undersökt utvecklingsnivån för nanohybridmaterial gjorda av nanokristaller av cellulosa i kombination med organiska och oorganiska partiklar. Granskningen fokuserar på tillverkningsmetoder, typer av nanohybrider skapade, och deras applikationer.

Erlantz Lizundia-Fernandez, som föreläser på UPV/EHU:s institution för grafisk design och tekniska projekt, arbetar med förnybara polymerer. "Vi försöker driva den cirkulära ekonomin framåt så vi använder förnybara material för att ersätta de applikationer som för närvarande kommer från petroleum, eller, till exempel, så de kan användas för att ersätta knappa element som litium eller kobolt. Min forskning fokuserar på cellulosa, och av alla typer av cellulosa, Jag har främst arbetat med nanokristaller, " han sa.

Som expert på ämnet, Lizundia har tillsammans med ytterligare tre forskare från Italien och Kanada granskat de viktigaste utvecklingarna och framstegen som har dykt upp nyligen inom området cellulosananokristaller. "Det finns ett stort antal forskningsartiklar som förklarar syntesen av material av denna typ och som är inriktade på vad som kallas proof of concept, med andra ord, för att visa att de kan användas för en specifik tillämpning. Nanokristaller av cellulosa har använts i stor utsträckning för att mekaniskt stärka polymerer. Ändå finns det knappast några verk som katalogiserar och förklarar tillämpningarna av hybridmaterial som produceras med nanokristaller av cellulosa. Det här är vad vi har bidragit med:vi har beskrivit det senaste inom detta kunskapsområde genom att göra en djupgående granskning av de tidningar som publicerats i detta avseende, " förklarade forskaren.

Cellulosakristaller kan extraheras från alla föremål som innehåller cellulosa, vare sig det är ett träd eller en tidning, och dessa kristaller används som bas, som en matris, att producera multifunktionella material genom att hybridisera dem med andra komponenter, såsom nanopartiklar av metalloxid, kolnanopartiklar eller andra av naturligt ursprung. Materialen som skapas har många intressanta egenskaper:de är förnybara och biologiskt nedbrytbara, de kan erhållas enkelt och kostnadseffektivt, de erbjuder stor flexibilitet, har låg densitet och hög porositet, och har utmärkta mekaniska, termiska och fysikalisk-kemiska egenskaper, bland annat. I analysen undersökte de tre aspekter av hybridmaterial på djupet:tillverkningsprocessen genom vilken de bildas, de typer av hybridmaterial som produceras, och de applikationer som de används för.

En mängd applikationer inom teknik och medicin

Lizundia och de andra forskarna granskade tillverkningsmetoderna som används för att bilda hybridmaterial med en rad olika morfologier och former. "Den mest använda metoden är den enklaste av alla, " de sa i artikeln:nanokristaller av cellulosa och de andra elementen som är avsedda att bilda hybridmaterialet blandas i en lösning; denna lösning dekanteras på en yta och vattnet tillåts avdunsta." Genom denna teknik producerar cellulosananokristallerna helixformade strukturer, kirala nematiska strukturer. "Det speciella med dessa strukturer är att de ger materialet strukturell färg. Nanokristallerna är organiserade i lager och, beroende på avståndet mellan lagren, hybridmaterialet kommer att reflektera ljus i en eller annan våglängd, vilket är detsamma som att säga att det kommer att vara i en eller annan färg, " tillade Lizundia.

Förutom den ovan nämnda tillverkningsmetoden, studien tog också filtrering, 3d-utskrivning, lager-för-lager montering och sol-gel-processen beaktas. I samtliga fall beskrivs graden av utveckling av metoden och egenskaperna hos de material som produceras av den citeras. Dock, ett helt kapitel ägnas efteråt åt egenskaperna hos de nanohybrider som bildats i de olika analyserade studierna; detta följs av en klassificering i termer av de grundämnen som läggs till nanokristallerna:metaller, metalloxider, kolnanofibrer och nanopartiklar, grafenlager, självlysande nanopartiklar, etc. Slutligen, de ansökningar som föreslås för hybridmaterial granskas, fokuserar främst på teknik och medicin. Sensorer, katalysatorer, material för rening av avloppsvatten och energitillämpningar som utvecklats med hjälp av nanokristaller av cellulosa sticker ut bland tekniska tillämpningar. Och bland dem som är inriktade på medicinska tillämpningar citerar de bidrag från material till områden, som vävnadsteknik, drogleverans, antibakteriella lösningar eller sårförband.

I var och en av de nämnda delarna går de igenom vad som har uppnåtts i de olika forskningsdelarna, men som experter på ämnet ger de också en egen bedömning av materialens potential och vad som återstår att utveckla. Lizundia kom fram till följande slutsats:"Detta arbete har tjänat till att sammanföra all forskning spridd över olika platser, och vi erbjuder en komplett bild av utvecklingsnivån för hybridmaterial. På så sätt hoppas vi att intresset för dem kommer att öka och att forskning inom detta område uppmuntras för att fylla de luckor vi har hittat, såsom en nanotoxicitetsstudie i medicinska tillämpningar eller fastställande av miljöpåverkan av dessa material."