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De lo micro a lo nano: ¿Cómo revolucionan los nanopolímeros nuestra ciencia de los materiales?
La nanociencia de polímeros se refiere a la aplicación de la nanociencia al estudio y aplicación de matrices de polímeros y nanopartículas, donde al menos una dimensión de la nanopartícula es menor a 100 nanómetros. El proceso de transformación de micropartículas en nanopartículas produce cambios en sus propiedades físicas y químicas. Uno de los principales factores de este cambio es el aumento de la relación área superficial/volumen y el cambio en el tamaño de las partículas. A medida que disminuye el tamaño de las partículas, aumenta la relación entre el área superficial y el volumen, lo que hace que el comportamiento de los átomos en la superficie de las partículas se vuelva más dominante en la reacción.
“La mayor área superficial de los nanopolímeros permite interacciones más fuertes con otras partículas, lo que a su vez mejora propiedades como la fuerza y la resistencia al calor”.
Por ejemplo, las nanoesferas de silicio muestran una gran diferencia con el silicio convencional; sus diámetros varían entre 40 y 100 nanómetros y su dureza está entre el zafiro y el diamante. Los compuestos de nanopolímeros también pueden prepararse mediante síntesis por infiltración continua (SIS), en la que los nanomateriales inorgánicos crecen en una matriz polimérica mediante la difusión de precursores en fase de vapor.
Nanofibras poliméricas biohíbridas
Muchas aplicaciones tecnológicas de sustancias biológicas (por ejemplo, proteínas, virus o bacterias), como la cromatografía, la tecnología de la información optoelectrónica, los sensores, la catálisis y la administración de fármacos, requieren su inmovilización. A menudo se utilizan para este fin nanotubos de carbono, partículas de oro y polímeros sintéticos. La inmovilización de sustancias biológicas se consigue principalmente por adsorción o unión química, utilizándose con menor frecuencia estas sustancias como huéspedes en la matriz huésped.
"Los polímeros proporcionan una buena plataforma para la inmovilización de biomasa debido a la disponibilidad de una amplia variedad de macromoléculas naturales o sintéticas y tecnologías de procesamiento avanzadas".
Preparación de nanotubos biohíbridos
Las fibras poliméricas se producen generalmente a escala técnica mediante tecnología de extrusión, donde una masa fundida de polímero o una solución de polímero se bombea a través de una matriz cilíndrica y luego se hila o se estira mediante un dispositivo de recogida. Hoy en día, el electrohilado sigue siendo la mejor tecnología de procesamiento de polímeros para reducir diámetros a cientos de nanómetros o incluso a unos pocos nanómetros. Al aplicar un fuerte campo eléctrico, se expulsa un chorro de fluido desde la parte superior de la gota hasta que se forma una nanofibra sólida.
Aplicaciones de los nanotubos
Los nanotubos también se pueden utilizar para la administración de medicamentos, especialmente en el tratamiento del cáncer. Su función es proteger el fármaco de su destrucción en la sangre, controlar la dinámica de liberación del fármaco y proporcionar capacidades de transporte a objetivos específicos. No sólo eso, los nanotubos con polímeros sensibles también pueden controlar la apertura y liberación de la boca del tubo a través de una modificación química.Aplicaciones de ingeniería de los nanopolímeros"Las fibras de núcleo-capa de nanotubos son capaces de capturar material biológico sin afectar su funcionalidad, lo que las hace potencialmente útiles en biosensores".
Entre las aplicaciones de ingeniería, los compuestos de nanopolímeros juegan un papel importante en la industria de neumáticos para automóviles, ya que sus propiedades superiores ayudan a mejorar la eficiencia del combustible. Además, los compuestos de nanopolímeros también se utilizan en entornos de alta temperatura debido a su excelente resistencia al calor.
Si bien los avances en el campo de los nanopolímeros son rápidos, aún enfrentan limitaciones. Por ejemplo, la liberación de fármacos a partir de nanofibras aún no se ha controlado con precisión y generalmente ocurre en forma ráfaga. Y con el desarrollo de la tecnología futura, naturalmente esperamos más posibilidades.
¿Cómo se pueden aprovechar mejor las propiedades de los nanopolímeros para resolver futuros desafíos de la ciencia de los materiales?