förstöra mat, sura vin och förvärrade sår har en gemensam boven – en process som kallas oxidation. Även om de skadliga effekterna av dessa kemiska reaktioner kan begränsas av antioxidanter, Att skapa en robust plattform som kan ge långvarig antioxidantaktivitet är en pågående utmaning.

Forskare vid Texas A&M University kan ha löst detta problem med sina nya antioxidantmattor. Tillverkad av ett sammanflätat nätverk av ultrafina trådar av en polymer och en antioxidant som finns i rött vin, forskarna sa att dessa mattor är starka, stabil och kapabel att leverera antioxidantaktivitet under långa tidsperioder.

"Vår innovation är att vi har finjusterat de steg som behövs för att spinna felfritt, ultramikroskopiska fibrer för att göra högpresterande antioxidantmattor, sa Adwait Gaikwad, en doktorand i professor Svetlana Sukhishvilis laboratorium i College of Engineering och en huvudförfattare till studien. "Varje fiber är intermolekylärt kopplad till flera antioxidantmolekyler, och så den sista mattan, som är gjord av miljoner och åter miljoner sådana fibrer, har förbättrad antioxidantfunktion."

En beskrivning av deras studie publicerades i februarinumret av tidskriften ACS tillämpade material och gränssnitt .

Även om oxidation är ett vanligt naturfenomen, denna kemiska reaktion kan vara skadlig om den lämnas okontrollerad. Till exempel, i alkoholhaltiga drycker, för mycket oxidation leder till bildning av acetaldehyd från alkohol, ändra dryckens smak, färg och arom. I kroppen, oxidativ stress orsakar en uppbyggnad av fria radikaler som kan skada friska celler och kroppsvävnad.

Dock, oxidativa reaktioner kan hållas under kontroll genom inverkan av antioxidanter. Dessa föreningar kombineras lätt med omgivande syre eller donerar elektroner för att neutralisera laddade radikaler. Av de många antioxidanter, en molekyl som finns i rött vin som kallas garvsyra är särskilt attraktiv eftersom den också är antibakteriell och antiviral. Forskarna sa att dessa anmärkningsvärda egenskaper beror på närvaron av grupper av atomer som kallas polyfenoler i garvsyrans molekylära struktur.

"Polyfenoler är naturliga organiska föreningar som också är kända för sina antioxidantegenskaper, sa Hanna Hlushko, också doktorand i Sukhishvilis laboratorium och huvudförfattare till studien. "Det visar sig att garvsyran är full av dessa polyfenolmotiv, vilket gör det till en effektiv bindningspartner till många molekyler och en stor renhållare av fria radikaler."

I tidigare studier, antioxidanter blandades i syntetiska mattor. Enkelt uttryckt, i denna teknik, mattor tillverkas genom att först blanda en polymer och antioxidanter tillsammans och sedan platta till dem till ett ark. Men forskarna sa att dessa mattor har lägre funktionalitet eftersom ytan för antioxidantaktivitet är begränsad.

Och så, för att öka ytan för antioxidantaktivitet, de skapade ett antioxidantnät tillverkat av ultrafina fibrer av polymer och garvsyra. Således, varje sträng av denna nätliknande matta kan bidra till antioxidantaktivitet. Vidare, till skillnad från den tidigare blandningstekniken, de valde en polymer som kunde hålla fast vid molekyler av garvsyra genom att göra vätebindningar, vilket ökar den totala styrkan hos den slutliga mattan.

För att göra dessa fibrer, forskarna fyllde en spruta med garvsyra, en polymer som kallas polyvinylpyrrolidon och en kombination av lösningsmedel. Sedan, när de klämde ut den blandade polymer-antioxidantlösningen ur sprutan, de applicerade en spänning på 16 kilovolt mellan spetsen på sprutan och en snurrande trumma som fanns en bit bort. Denna extremt höga spänning drog polymeren till nanofibrer när den färdades från sprutan till uppsamlingstrumman. I slutet av spinningsprocessen, de hade en sammanvävd, nanofibermatta.

När forskarna undersökte dessa mattor under ett högeffekts elektronmikroskop, de fann att nanofibrerna var utan några defekter som kunde äventyra mattans mekaniska egenskaper. Också, de visade att dessa mattor är stabila vid vattnets pH och kan ge varaktig antioxidantaktivitet genom att frigöra garvsyra kontinuerligt i cirka 20 dagar.

De noterade också att vätebindningarna mellan polyvinylpyrrolidon och garvsyra ökade styrkan hos deras mattor med upp till 10 gånger mer än mattor spunnna av enbart polyvinylpyrrolidonfibrer. Således, nanofiberdesignen gjorde mattorna mekaniskt starka och gav dem ändå tygliknande flexibilitet att linda runt föremål.

"Vi har skapat antioxidantmattor med stor yta, robusta mekaniska egenskaper och förmågan att ge långvarigt antioxidantskydd, " sa Gaikwad. "Också, frisättningen av garvsyra sker på begäran – vätebindningarna håller antioxidanterna i materialet tills det finns en extern stimulans, som pH. Dessa egenskaper gör våra mattor lämpliga för olika applikationer, från bandage för sårläkning till innerfoder av behållare för matförvaring."