Electrohilado
Estira un chorro de polímero hasta nanofibras con alta tensión
El electrohilado usa una alta tensión para estirar una solución de polímero hasta fibras cientos de veces más finas que un cabello. Las fibras se amontonan formando una malla ligera y aireada llamada manta de nanofibras. Estas mantas mejoran los filtros de aire y las mascarillas, y sirven de soporte para hacer crecer tejido.
Cómo funciona
Prepara la solución. Un polímero se disuelve en un disolvente, o se funde, hasta la viscosidad adecuada (lo espeso y lento que fluye un líquido).
Suministra una gota. Una bomba de jeringa empuja la solución lentamente hasta la punta de una aguja metálica, donde cuelga una gota.
Aplica alta tensión. Una fuente de normalmente 5 a 50 kilovoltios carga la gota. Las fuerzas eléctricas vencen la tensión superficial y estiran la gota hasta una punta llamada cono de Taylor.
Chorro y látigo. Un chorro fino sale de la punta del cono, y luego forma espirales y se agita con violencia. Se estira miles de veces mientras el disolvente se evapora.
Recoge las fibras. Las fibras secas caen sobre un colector conectado a tierra: una placa plana para una malla aleatoria, un tambor que gira rápido para fibras alineadas, o un tejido en movimiento en una fábrica. Después la manta se despega, se lamina sobre un soporte o se esteriliza para uso médico.
Datos clave
- Materiales
- Soluciones o masas fundidas de polímeros: nailon, poliéster (PET), PVDF, PAN, PCL biodegradable, PVA, colágeno, acetato de celulosa; también precursores cerámicos
- Piezas típicas
- Mantas de fibras no tejidas (como fieltro, sin tejer), capas filtrantes sobre tejidos, tubos, hilos alineados
- Tamaño de pieza
- Fibras de decenas de nanómetros a unas pocas micras de grosor; mantas desde muestras de laboratorio hasta rollos industriales de metros de ancho
- Precisión
- Sin tolerancia dimensional como tal: la receta y los ajustes controlan el diámetro de la fibra y su dispersión
- Acabado superficial
- Malla blanda, como de fieltro, con una superficie enorme y poros finos que atrapan partículas submicrométricas
- Tamaño de lote adecuado
- De gramos en laboratorio a líneas de producción de rollo a rollo de metros de ancho
- Coste de utillaje y máquina
- Montaje de laboratorio desde unos pocos miles de dólares; las líneas industriales cuestan mucho más
- Velocidad
- Una sola aguja produce mucho menos de un gramo de fibra por hora; las líneas de fábrica sin aguja recubren tejido de forma continua
Ventajas y límites
Ventajas
- Fibras ultrafinas con una superficie enorme
- Montaje de laboratorio sencillo y barato
- Enorme variedad de polímeros, mezclas y aditivos (fármacos, partículas)
- Imita la red de fibras que rodea a las células del cuerpo, lo que ayuda a las células a crecer
Límites
- Baja producción con agujas individuales
- Muchas recetas usan disolventes tóxicos o inflamables
- El tamaño de la fibra varía con la humedad, la tensión y la distancia
- Las mantas débiles suelen necesitar una capa de soporte; se aplican normas de seguridad de alta tensión
Dónde se usa
- FiltraciónCapas de nanofibras en la ventilación de edificios, el aire de motores y los filtros de mascarillas
- MedicinaApósitos para heridas, soportes de ingeniería de tejidos, injertos vasculares, parches de liberación de fármacos
- EnergíaSeparadores de baterías, membranas de pilas de combustible
- TextilesMembranas impermeables y transpirables, ropa de protección
- CosméticaMascarillas y parches de nanofibras
- InvestigaciónSensores, catalizadores, nanofibras cerámicas
Cómo reconocerlo
- Las fibras sueltas son invisibles a simple vista; solo se ve la malla, como una película blanca o translúcida finísima.
- Mira algunos filtros de aire, de aspiradora o de motor de alta eficiencia: un recubrimiento delicado sobre un tejido más grueso que parece demasiado ligero para funcionar.
- Bajo un microscopio electrónico la malla parece espagueti enmarañado, con hebras de un grosor casi igual.
- Las versiones médicas acaban sobre heridas o dentro del cuerpo, como apósitos y soportes que pueden disolverse lentamente.
Compáralo con
Míralo
Hosein Rostamani · Un recorrido sencillo de laboratorio de la solución a la manta de fibras
Inovenso Ltd. Electrospinning Company · Primer plano del cono de Taylor y del chorro en una boquilla
ELMARCO · Chorros industriales sin aguja que suben desde un tambor giratorio
Foshan MBRT Nanofiberlabs Co.,Ltd · Una visión general de productos y usos de las nanofibras
Ver fotos reales
- Wikipedia: Electrohilado — micrografía electrónica de nanofibras, diagramas del montaje y una tabla de parámetros
- Búsqueda de fotos en Wikimedia Commons
Recuerda
- La fuerza eléctrica hace el estirado: gota, cono, chorro azotado, fibra seca.
- Las fibras tienen de decenas de nanómetros a unas pocas micras de grosor, y la malla tiene una superficie enorme.
- Las agujas individuales son lentas; las fábricas usan líneas sin aguja para recubrir tejidos filtrantes.
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