Applicazioni
Membrane per il settore della filtrazione
Una delle più grandi sfide dei nostri giorni è riuscire a garantire ad una popolazione mondiale in continua crescita aria salubre e acqua pulita.
Tra i metodi utilizzati per diminuire o rimuovere i contaminanti presenti, c’è sempre più interesse per la filtrazione attraverso membrane che, a seconda delle proprietà, si distingue in microfiltrazione, ultrafiltrazione, nanofiltrazione, osmosi inversa, distillazione a membrana.
La microfiltrazione ha acquisito sempre più interesse come metodo di pretrattamento per la purificazione di aria e acqua, per applicazione mediche, biologiche e industriali così come la rimozione di ormoni e microorganismi dalla superficie dell’acqua o dall’acqua reflua, attraverso il passaggio in una membrana porosa con dimensione dei pori tra 0.1 e 10 micron. La tendenza dei contaminanti a incrostare e intasare le membrane riduce però significativamente l’efficienza del processo. Con il termine pre-trattamento si indica una fase che precede la filtrazione vera e propria.
Quando le particelle più grossolane di contaminanti sono rimosse con un prefiltro, l’unità filtrante può essere usata per periodi più lunghi e con maggiore efficienza prima di essere sostituita o pulita, con un risparmio in termini economici, e una riduzione dei rifiuti.
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Fibre tradizionali vs Nanofibre
L’ingrediente principale delle membrane filtranti sono i polimeri di varia natura. Le membrane polimeriche più utilizzate possono essere prodotte con diverse tecniche che portano ad avere membrane con un elevato tasso di intasamento e difficoltà nel passaggio di flusso. L’elevato grado di intasamento è attribuito alla distribuzione asimmetrica delle dimensioni dei pori e alla presenza di piccoli pori sulla superficie che si otturano facilmente, mentre la performance di basso flusso è dovuta alla bassa porosità della membrana.
L’uso delle membrane in nanofibre ha guadagnato sempre più popolarità nell’ultima decade grazie alle loro uniche proprietà fisiche e meccaniche come il grande rapporto superficie/volume (una grande superficie disponibile per la filtrazione dei contaminanti, in un piccolo volume), pori di piccole dimensioni, che rendono le nanofibre adatte ad una grande varietà di applicazioni tra cui la filtrazione.
Applicazioni
Filtrazione aria e acqua
Grazie a pori interconnessi, porosità modulabile, fibre nanometriche, elevato rapporto superficie/volume e morfologia controllabile, le membrane in nanofibre offrono alte performance di filtrazione aria e acqua .
La tecnica più comune per la produzione di nanofibre è l’electrospinning. Il risultato sono fibre ultra sottili ottenute da polimeri in soluzione, che formano tappetini leggeri e porosi con alta permeabilità. Ideali per separazione olio-acqua, rimozione virus/batteri, assorbimento metalli, trattamento reflui e dissalazione.
Elettronica
Le nanofibre stanno rivoluzionando l’elettronica: grazie al diametro nanometrico offrono alta superficie, leggerezza e flessibilità, permettendo dispositivi più compatti ed efficienti.
Le interconnessioni nanofibrose aumentano velocità e densità dei segnali, mentre le fibre conduttive rendono possibili circuiti flessibili per wearable e schermi adattabili. Quelle isolanti consentono miniaturizzazione estrema e chip 3D più potenti, aprendo nuove frontiere per sensori e dispositivi mobili.
Produzione e stoccaggio di energia
Le nanofibre ottenute con sistemi needleless sono utilizzate per accumulo e conversione energetica: negli elettrodi dei supercondensatori, batterie al litio e celle a combustibile, migliorano conducibilità, superficie attiva, efficienza e durata.
L’integrazione di ossidi metallici o grafene ne potenzia le prestazioni. In membrane per gas e stoccaggio solare, offrono uniformità, personalizzazione e riduzione dei costi. Versioni compositive aumentano capacità e velocità di carica, mentre quelle funzionali dissipano calore in elettronica, prolungando la vita dei componenti.
Ingegneria tissutale
Le nanofibre prodotte con sistema needleless sono utilizzate per realizzare scaffold tridimensionali, biocompatibili e biodegradabili che imitano la struttura dell’ECM. Questi favoriscono adesione, proliferazione e differenziazione cellulare e possono essere progettati per tessuti diversi, come pelle, cartilagine, ossa e vasi sanguigni.
Le nanofibre vengono anche impiegate con biomolecole, creando strutture multifunzionali che promuovono la rigenerazione tissutale, migliorano la risposta biologica e trovano applicazione in patch cardiaci, riparazione nervosa e altre soluzioni per problemi clinici complessi.
Cosmesi
Le nanofibre prodotte con sistema needleless vengono anche utilizzate nel settore cosmetico per il rilascio controllato di principi attivi. Possono essere integrate in maschere, patch o spray, migliorando la penetrazione degli ingredienti nei diversi strati della pelle e aumentando l’efficacia di prodotti idratanti, anti-invecchiamento e lenitivi.
Vengono anche impiegate per formulazioni personalizzate, incorporando vitamine, estratti botanici o altri principi attivi durante la produzione per soluzioni su misura e ad alte prestazioni.
Somministrazione di farmaci
Le nanofibre prodotte con sistema needleless trovano applicazione nella somministrazione controllata di farmaci. I principi attivi possono essere incorporati direttamente nelle fibre, permettendo un rilascio graduale che aumenta l’efficacia e riduce gli effetti collaterali.
Il processo senza ago garantisce produzione scalabile e priva di contaminazioni, mentre la combinazione di polimeri naturali e sintetici consente di ottimizzare caratteristiche come biodegradabilità, stabilità e rilascio personalizzato, offrendo soluzioni innovative e altamente efficaci per la terapia farmacologica.
Sensori
Le nanofibre prodotte con sistema needleless sono utilizzate per realizzare sensori ad alta sensibilità e dispositivi elettronici avanzati. La loro elevata area superficiale e la possibilità di integrare nanoparticelle, semiconduttori o polimeri conduttivi permettono di parametri o biomarcatori con estrema precisione.
I sensori possono essere integrati nei dispositivi portatili, ampliando le aree di applicazione. Inoltre, ottimizzano le proprietà dielettriche nei materiali isolanti dei chip, minimizzando perdite di segnale e migliorando la stabilità della comunicazione ad alte frequenze.
Aerospaziale
Le nanofibre prodotte con electrospinning senza ago trovano impiego in materiali aerospaziali leggeri e ad alte prestazioni, come compositi strutturali, rivestimenti protettivi e filtri per sistemi di ventilazione.
La loro resistenza meccanica e capacità di dissipare energia migliorano sicurezza ed efficienza dei componenti. Sono utilizzate anche in materiali termoisolanti e ignifughi per proteggere veicoli spaziali durante lancio e rientro. La produzione senza ago garantisce fibre uniformi, scalabili e affidabili, rispondendo alle esigenze del settore.
