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Nanotechnisch

Nanofaserforschung an der Colorado State University: Fortschritte in der Nanotechnologie für medizinische Anwendungen und saubere Energie

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Ein Interview mit Prof. Yan Vivian Li, PhD.
Assistenzprofessor in Fiber Science, Department of Design and Merchandising,
College of Health and Human Sciences, School of Biomedical Engineering, Colorado State University

 

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Prof. William Sanford, Privatdozent für Geowissenschaften an der CSU und Vivian Li, haben zusammen an Vorgängen unterhalb der Erdoberfläche bei der Ölrückgewinnung und beim Fracking gearbeitet. Fracking war ein heißes Eisen in den letzten Jahren, da die Bewohner von Colorado die Gesundheits- und Sicherheitsrisiken der Injektion von Chemikalien in den Boden infrage gestellt haben. Es wird weiterhin debattiert, ob diese Chemikalien die Umwelt schädigen und die Frage bleibt, wohin die Chemikalien nach der Injektion gehen. Es wird befürchtet, dass sie das Grundwasser kontaminieren könnten. Prof. Sanford und Dr. Li haben modifizierte "intelligente" Nanopartikel entwickelt, die hohe pH-Werte oder das Vorhandensein von Chemikalien aus dem Fracking aufspüren könnten.


 

Was sind intelligente medizinische Textilien? 

Intelligente Textilien sind die erste Generation tragbarer Technologie, die biologische Signale wie Herzfrequenz oder Temperatur mit einem integrierten elektrischen Sensor erfassen können. Die Vital Vest ist eine der ersten Textilien für medizinische Anwendungen. Das Problem von Wearables besteht darin, dass die Biosensoren in die Kleidung integriert sind. Das beeinflusst die Tragbarkeit. Zudem können die Sensoren beim Waschen leicht beschädigt werden. 

Unsere Forschung auf dem Gebiet der Nanotechnologie für Textilien soll diese Probleme lösen, indem wir die Sensoren verkleinern und die Tragbarkeit erhöhen. Der nächste Fortschritt für Wearables kommt aus dem Gebiet der Rohstoffe. Hier wollen wir intelligente Polymere dazu bringen, biologische Veränderungen anzuzeigen. 

Für diesen Ansatz modifizieren wir zum Beispiel intelligente Polymere, die auf Bakterien reagieren und dabei ihre Farbe ändern. Dies kann für medizinische Bandagen zur Früherkennung von Infektionen bei der Wundversorgung verwendet werden. Das ist eine neue Forschungsrichtung für Polymer- und Faserchemiker. 

Unser Ziel ist es, Materialien auf der Nanoskala zu manipulieren. Durch den Einbau in die Gewebefaser beseitigen wir Probleme beim Waschen von Wearables.

 

Welche Rolle spielen Nanosphären bei Ihrer Forschung? 

Unsere Partikel sind so konzipiert, dass sie ihre Farbe ändern, je nachdem mit welchem Stoff sie in Kontakt treten. Wir verwenden fluoreszierende Farbstoffe, um Chemikalie wie Öl, das an der Nanosphäre klebt, nachzuweisen. Beim Fracking bleibt die Hälfte des Öls unerkannt. Mit dieser Methode kann die Nanosphäre das versteckte Öl effizient und wirtschaftlich nachweisen. Diese Methode funktioniert auch unter harschen Bedingungen. 

Die Nanosphären können auch zum Nachweis von Verunreinigungen im Grundwasser und im Oberflächenwasser verwendet. Die Nanosphäre reagiert auf bestimmte Chemikalien und die Veränderung der Farbe wird zur quantitativen Bestimmung der Verunreinigung benutzt. Dieses Verfahren verwendet Oberflächenchemie auf kleinen Nanopartikeln an und befindet sich im frühen Forschungsstadium für mehrere potentielle Anwendungen.

 

Wie könnten Ihre Ergebnisse auf erneuerbare Energien und Nachhaltigkeit angewendet werden? 

Wir suchen nach Methoden zur selektiven Aufnahme von Lithiumionen in Oberflächengewässern durch Nanopartikel. Lithium findet man vor allem in südamerikanischen Seen oder im Meerwasser. Wir entwickeln Nanopartikel mit hoher Absorption von Lithium. Diese kommen dann bei der wirtschaftlichen Produktion von Batterien zum Einsatz.

Wie verwenden Sie Rasterkraftmikroskope bei Ihrer Arbeit?

Wir verwenden Parks Rasterkraftmikroskope zur Charakterisierung und Bestimmung der Morphologie von Fasern. Wir schätzen hier insbesondere die Möglichkeit, mechanische Eigenschaften wie Härte bestimmen zu können. Das ist mit anderen Mikroskopietechniken nicht möglich. Mit RKM können wir auch weitere Eigenschaften quantifizieren und Messungen im Nanobereich durchführen. Das ist bei der Untersuchung von Fasern und Polymeren wichtig. 

 

Können Sie uns erklären, wie Sie mit National Institute of Food and Agriculture und USDA Förderung an intelligenten Hygiene-Wischtüchern arbeiten? 

Intelligente Hygiene-Wischtücher werden aus Vliesstoffen hergestellt, die durch Elektrospinnen einer Mischung aus Polydiacetylen (PDA) und Polyethylenoxid (PDA/PEO) erzeugt werden. Die PDA/PEO-Nanofasern werden im RKM mit Hinsicht auf Morphologie und mechanische Eigenschaften untersucht. 

 

Welche Fortschritte erwarten Sie von der Nanotechnologie auf dem Gebiet der Textilforschung? 

Die Nanotechnologie ist in der Lage, Fasereigenschaften, einschließlich mechanischer, flammenhemmender Eigenschaften und Atmungsaktivität, deutlich zu verbessern. In der Zukunft werden neuartige Fasern aus der Nanotechnologie kommen, die dann in medizinischen, militärischen, technischen und industriellen Textilien zum Einsatz kommen.