Abstrakt

Biotechnologie 2013: Fortschrittliche multifunktionale Nanofaser-Textilmaterialien für chemische und biologische Schutzanwendungen – Xiangwu Zhang – North Carolina State University

Xiangwu Zhang, Marian G. McCord, Mohamed A. Bourham, Quan Shi, Narendiran Vitchuli und Joshua Nowak

Elektrospinnen ist eine einfache und flexible Methode zur Herstellung von Nanofasern aus verschiedenen Materialien wie Polymeren, Verbundwerkstoffen, Kohlenstoffen, Keramiken und Metallen. Diese Präsentation konzentriert sich auf die Entwicklung verschiedener praktischer Nanofasern zum Schutz des Menschen vor chemischen und biologischen Bedrohungen. Nanofasermatten haben kleine Faserdurchmesser und große Oberflächenbereiche und können daher die Filterleistung drastisch steigern, ohne die Luftdurchlässigkeit zu beeinträchtigen. Ebenso ist es durch die Einführung funktioneller Substanzen in Nanofasern möglich, elektrogesponnene Nanofasern mit antibakteriellen und entgiftenden Eigenschaften auszustatten. Elektrogesponnene Nanofasermatten sind jedoch normalerweise schwach und haben keine guten mechanischen Eigenschaften. Hier präsentieren wir eine einzigartige Methode zur Herstellung langlebiger und praktischer elektrogesponnener Nanofasern, die für praktische chemische und biologische Anwendungen geeignet sind. Elektrospinnen wird zur Herstellung ultra-zufriedenstellender Fasern im Nanometerbereich durch Anwendung elektrischer Energie zwischen zwei Elektroden verwendet. Die verschiedenen Eigenschaften von Nanofasern, wie (a) hohe spezifische Oberfläche, (b) vernetzte Porenstruktur, (c) Oberflächenfunktionalität und (d) hohe Porosität, schaffen einen neuen Wert für technische Gewebe und Stoffe. Neben biomedizinischen Stoffanwendungen (Wundauflagen, Gewebegerüste, Viren- und Bakterienfiltration) [1-5] kann eine solche Struktur in eine Vielzahl anderer Anwendungen integriert werden, darunter zahlreiche Segmente der Luftfiltration, Flüssigkeitsfiltration, chemischen Filtration, multifunktionale abweisende und atmungsaktive Textilmembranen und Sicherheitsschutzgewebe [6-8]. Die Herausforderung bei Nanofasergeweben besteht in ihrer Langlebigkeit, strukturellen Integrität (hohe Abrieb- und Biegebewegung während des Gebrauchs) und Waschechtheit. Bis heute haben die meisten Forscher Nanofasern mit herkömmlichen Nadel- und Spritzentechniken entwickelt. Die hergestellten Nanofasergewebe sind daher nicht von praktischem Nutzen und erfüllen auch nicht die Anforderungen an Haltbarkeit und Verwendung in technischen Textilsegmenten. Diese Studie deckt zahlreiche Aspekte von Nanofasernetzbeschichtungen und ihre Anwendung auf biomedizinische und militärische Schutztextilien durch moderne Nanospider-Technologie ab. Die Neuheit dieser hochmodernen Studienarbeit führt zu gesponnenen Nanofasernetzen, die ordnungsgemäß auf Polypropylen-Vliesmaterial (PP) beschichtet sind und eine gute Abziehfestigkeit, Biege- und Abriebfestigkeit, einen gleichmäßigen Faserdurchmesser und bessere Herstellungskosten aufweisen. Daher kann die Forschung im Vergleich zu Netzen, die mit herkömmlichen Verfahren gesponnen werden, in die Massenproduktion umgesetzt werden. In dieser Studie wurde versucht, sich auf mehr von biologischem Interesse in Bezug auf beschichtete Netze als Teil von Membranen aus biomedizinischen und biologischen Schutztextilien zu konzentrieren, die ebenfalls die hohen Anforderungen an Haltbarkeit, strukturelle Integrität und Produktivität erfüllen.Die hergestellten Vliese sind praktisch einsetzbar und können in die Textilgewebestruktur integriert werden, um eine funktionale Schutzschicht zu bilden, z. B. als chemische, biologische oder nukleare Schutzschicht, als Viren- und Bakterienfilter, als Flammschutzmittel oder antimikrobiell. Ein mit herkömmlichen Methoden gesponnenes Netz kann jedoch nicht die Stoffqualitätseigenschaften für die Verwendung als Schichtstruktur erfüllen. Diese modernen Einstellungsarbeiten sind für die Entwicklung futuristischer, multifunktionaler, leichterer Schutzgewebe auf Basis von Nanofasern für Verteidigungsdienste gedacht. Derzeit wird nuklearer, biologischer und chemischer (NBC) durchlässiger Anzug als durchlässiger Schutzanzug in mit chemischen Kampfstoffen (CWA) kontaminierten Umgebungen verwendet, in denen der Schutz vor Chemikalien ebenfalls wichtig und vorrangig ist. Dieses ABC-Produkt bietet Schutz vor CWA, aber nur sehr eingeschränkten Schutz vor organischen Stoffen. Schließlich wird Nanospider derzeit als vielversprechende Technologie für die Entwicklung zukünftiger funktionaler Schutzgewebe mit geringerem Gewicht und höherem Komfort, z. B. mit UV-Schutz und antimikrobiell, erforscht. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass mit Nanospider beschichtetes Chitosangewebe vielversprechende Eigenschaften aufweist, die für eine Bakterienreduzierung und biologische Filterung von über ~95 % von Vorteil sind. Diese mit Nanofasern beschichteten Gewebe können zur präzisen Filterung biologischer und antimikrobieller Wirkstoffe beitragen und gleichzeitig eine leichte, langlebige biologische Schutzkleidung bieten. Die Morphologie der Gewebe ist für die Kontrolle der bakteriellen Filtereigenschaften beschichteter Gewebe von entscheidender Bedeutung. Andere strukturierte Gewebe (Polystyrol-Butadien-Kautschuk – PSBR, Polyvinylidenfluorid – PVDF) sind nützlich, da sie nützliche Eigenschaften aufweisen, wie z. B. UV-Beständigkeit, Wasserabweisung/-empfindlichkeit und Chemikalienschutz usw. Diese Studie behandelt verschiedene Aspekte von Nanofaser-Netzbeschichtungen und ihre relevanten Anwendungen für biomedizinische und sicherheitsschützende Textilien durch die moderne Nanospider-Generation. Die Neuheit dieser aktuellen Forschungsarbeit besteht darin, dass gesponnene Nanofasergewebe hergestellt werden, die effektiv auf Polypropylen-Vliesstoff (PP) beschichtet sind, eine gute Abziehfestigkeit aufweisen, gegen Biegen und Abrieb beständig sind, einen gleichmäßigen Faserdurchmesser und eine bessere Produktionsrate aufweisen, sodass die Forschung im Vergleich zu Netzen, die mit herkömmlichen Methoden gesponnen werden, in die Massenproduktion umgesetzt werden kann. In diesen Studien wurde versucht, sich stärker auf die organische Aktivität auf beschichteten Geweben zu konzentrieren, als Teil der biomedizinischen und biologischen Schutzmembran technischer Textilien, die auch den Anforderungen an Haltbarkeit, strukturelle Integrität und Produktivität gerecht wird. Die hergestellten Gewebe sind von praktischem Nutzen und können in die Textilmaterialstruktur als eine funktionale Schutzschicht integriert werden, z. B. als chemische, biologische und nukleare Schutzschicht, als Viren- und Bakterienfilter, flammhemmend und antimikrobiell. Fazit: Dieser Artikel hat das moderne Reich der Nanofasernetzerzeugung (Nanospider NS-Technologie) untersucht.Erläuterung der Fähigkeiten und des Umfangs der industriellen Produktion im Bereich biomedizinischer Textilien. Die einzigartigen Pakete der biomedizinischen Gewebesegmente von Nanofasergeweben werden kurz erläutert. Das Kapitel hebt insbesondere die Forschungsprojekte von DMSRDE hervor, und die praktische Verwendung von Nanofasergeweben in strategischen (Verteidigungs-)Paketen zur Einbeziehung biologischer Filterung und antimikrobieller Eigenschaften ist der Höhepunkt dieser Forschung. Neben Leistungsverbesserungen gibt es auch Leistungsgewichtsreduzierungen für Verteidigungstextilien. Mit anderen Worten, Nanofasergewebebeschichtungen haben ein großes Potenzial, leichtere Textilien mit Mehrzweckfähigkeiten zu ermöglichen, darunter Wasserabweisung, UV-Schutz und Flammhemmung. Diese Netztextilien können auch zur Arzneimittelverabreichung, Wundauflagen und -wiederherstellung, Bakterienfilterung und als halbdurchlässige Membranen für Schutztextilien verwendet werden.