Filtros activos antivirales con nanotubos de carbono

Investigadores de la University of Cambridge han desarrollado un nuevo nanomaterial para filtrar el aire a base de nanotubos de carbono (CNT) capaz de capturar y destruir varios virus, incluido el coronavirus animal. El prototipo, desarrollado y probado por un equipo multidisciplinario se presenta en el artículo Filtration of viral aerosols via a hybrid carbon nanotube active filter publicado en la revista Carbon. La exposición a partículas y gotitas que transportan virus infecciosos es una vía de transmisión primaria de las enfermedades respiratorias.

Crédito: Liron Issman / Dr. Brian Graves. Carbon 183,15

Su eliminación a través de la filtración puede reducir drásticamente la exposición a los virus, pero los virus pueden permanecer activos en las superficies del filtro con posibles riesgos de resuspensión. El dispositivo propuesto se ha realizado utilizando membranas eléctricamente conductoras de nanotubos de carbono ultrafinas, soportadas mecánicamente sobre una base de poliéster poroso. La eficiencia de filtración medida ha sido del 99,999 %. Por ser un filtro conductor de la electricidad se autodesinfecta activamente mediante destellos eléctricos capaces de producir calentamiento resistivo llegando a temperaturas superiores a 80 °C en segundos o menos. También han demostrado que tales temperaturas logran la desactivación completa de los virus retenidos en las superficie del filtro. Un prototipo equipado con un módulo de filtro de CNT logró una purificación del aire del 99% en una habitación en 10/20 minutos. El filtro multifuncional es especialmente útil para combatir la propagación viral de enfermedades transmitidas por el aire en entornos confinados como vehículos de emergencia, hospitales, centros de ocio y educación, ya sea que se utilice como unidad independiente o junto con calefacción, ventilación o aire acondicionado. Los beneficios de estos nanomateriales de filtración conductores son que proporcionan baja resistencia al flujo con alta eficiencia de captura y capacidad para el calentamiento y destrucción del material biológico.

Información complementaria:

Filtration of viral aerosols via a hybrid carbon nanotube active filter

Nanotinta para impresoras 3D

La impresión 3D, también conocida como fabricación aditiva, es más versátil y eficiente que la fundición. Agrega un material con precisión, a menudo en geometrías complejas, con mucho menos desperdicio. La adición de nanomateriales como los nanotubos de carbono (CNT), grafeno, nanopartículas metálicas y puntos cuánticos permite a los materiales impresos en 3D adaptarse a los estímulos externos, dándoles características especiales vinculadas con la resistencia, la conductancia eléctrica y térmica y el magnetismo entre otras. En el artículo Additive manufacturing of conductive and high-strength epoxy-nanoclay-carbon nanotube composites publicado en la revista Additive Manufacturing investigadores de la Michigan Technological University explican la síntesis de tintas compuestas imprimibles en 3D preparadas mediante la incorporación de nanoarcilla y diferentes concentraciones de nanotubos de carbono ( 0,25, 0,5 y 1% en volumen o 0,43, 0,86 y 1,7% en peso) en resina epoxi; la cual constituye una excelente base para materiales compuestos estructurales.

Crédito: Masoud Kasraie y col. Additive Manufacturing

Los nanotubos de carbono son un relleno excepcional debido a sus propiedades y funciona- lidades únicas. Las estructuras conductoras de nanocompuestos epoxi-nanoarcilla-CNT se fabri- caron mediante impresión 3D de escritura directa. El material es muy prometedor debido a sus muchas funcionalidades. La conductividad obtenida con la tinta de nanomaterial es un rasgo excepcionalmente útil, le confiere el potencial de funcionar como cableado eléctrico, ya sea ​​en una placa de circuito, en el ala de un avión o en actuadores impresos en 3D para guiar catéteres en los vasos sanguíneos. Otro rasgo útil de la tinta de epoxi-nanoarcilla-CNT es su fuerza. Comparado con el acero y el aluminio, observaron una reducción de peso del 80% manteniendo la misma resistencia. En el campo médico, en la industria aeroespacial y en la electrónica, donde los defectos y los daños pueden representar un gran problema, los nanocompuestos cumplen una función de seguridad. Cuando algo se rompe, una pequeña grieta comienza a partir de un defecto a microescala y progresa hasta la ruptura de toda la estructura. Las características de nanocompuestos crean puentes en esas grietas y no las dejan crecer. Este es uno de los mecanismos a través del cual los nanotubos de carbono aumentan la resistencia mecánica del material. La relación propiedad-peso, conductividad eléctrica, mayor resistencia y facilidad de aplicación son solo algunas de las muchas razones prometedoras por las cuales las tintas de polímero-nanocompuesto probablemente reemplacen a los productos epoxis tradicionales.

Información Complementaria: Additive manufacturing of conductive and high-strength epoxy-nanoclay-carbon nanotube composites

El músculo nanotecnológico

El 28 de enero publicó la revista Science el sorprendente artículo Unipolar stroke, electroosmotic pump carbon nanotube yarn muscles en el cual investigadores de la Universidad de Texas con colaboradores en Estados Unidos, Australia, Corea del Sur y China han fabricado músculos artificiales a partir de hilos de nanotubos de carbono con polímeros. Los músculos del hilo nanotubos de carbono (CNT) accionados electroquímicamente se activan al aplicar un voltaje entre el músculo y un contraelectrodo, al impulsar los iones de un electrolito circundante al músculo. No obstante existen limitaciones para los músculos CNT electroquímicos. En primer lugar el músculo se comporta en forma bipolar, lo que significa que el movimiento del músculo, ya sea expansión o contracción, cambia de dirección con el tiempo. Otro problema está relacionado con la estabilidad del electrolito solo en un rango particular de voltajes, fuera de este rango, el electrolito se descompone. Además, la capacitancia del músculo, su capacidad para almacenar la carga necesaria para la actuación, disminuye al aumentar la frecuencia lo que hace que el movimiento del músculo disminuya drásticamente.

Crédito: Universidad de Dallas  

Para resolver estos pro- blemas, los investigadores descubrieron que las super- ficies interiores de los hilos de nanotubos de carbono enrollados podrían recubrirse con un polímero conductor iónico adecuado conteniendo grupos químicos cargados positiva o negativamente. 

Este recubrimiento de polí- mero convierte la actuación bipolar normal de los hilos de nanotubos de carbono en una actuación unipolar donde el músculo actúa en una dirección en todo el rango de estabilidad del electrolito. Este comportamiento tan buscado tiene consecuencias sorprendentes, hace a los músculos electroquímicos de nanotubos de carbono mucho más rápidos y poderosos. Los músculos unipolares electroquímicos se contraen para generar una potencia mecánica de salida media máxima por peso muscular de 2,9 watt/gramo, que es aproximadamente 10 veces la capacidad típica del músculo humano. El recubrimiento polimérico utilizado para producir estos resultados fue el poli (4-estirenosulfonato de sodio) aprobado para uso farmacéutico y lo suficientemente económico. Los músculos de nanotubos de carbono impulsados ​​electroquímicamente proporcionan un enfoque alternativo para satisfacer la creciente necesidad de músculos artificiales rápidos, potentes y de gran recorrido para aplicaciones que van desde la robótica hasta las bombas cardíacas, también con posibilidades concretas de ser utilizados en la industria textil.

Información Complementaria:

Unipolar stroke, electroosmotic pump carbon nanotube yarn muscles.