Команда исследователей химического машиностроения Пенсильванского университета изучила механизмы сушки нанокристаллов и предложила нанотехнологию, позволяющую придать нанокристаллам высокую степень редиспергирования в водных средах, сохраняя при этом их полную функциональность, чтобы облегчить их хранение и транспортировку. Они опубликовали свои результаты в журнале Биомакромолекулы. Работа также будет представлена на обложке журнала от 17 января.

"Мы рассмотрели, как мы могли бы взять волосистые нанокристаллы, высушить их в печах и повторно диспергировать в растворах, содержащих различные ионы", - сказала соавтор Бреанна Хантингтон, в настоящее время докторант химической инженерии в Университете Делавэра и бывший член исследовательской группы Шейхи, в то время студентка бакалавриата в Пенсильванском университете. "Затем мы сравнили их функциональность с обычными нанокристаллами целлюлозы без ворсинок".

Нанокристаллы имеют отрицательно заряженные цепочки целлюлозы на своих концах, известные как волоски. При регидратации волоски отталкиваются друг от друга и отделяются, снова рассеиваясь в жидкости в результате электростатического отталкивания - термин, означающий управляемый зарядом, или электростатический, и зависящий от свободного объема, или стерический.

"Волосистые концы нанокристаллов сконструированы таким образом, чтобы они были отрицательно заряжены и отталкивали друг друга при помещении в водную среду", - сказал автор-корреспондент Амир Шейхи, доцент кафедры химической инженерии и биомедицинской инженерии Пенсильванского университета. "Чтобы иметь максимальную функциональность, нанокристаллы должны быть отдельными частицами, а не сцепленными вместе, как это бывает, когда они сухие".

После того, как волосистые частицы были повторно диспергированы, исследователи протестировали их и измерили их размер и свойства поверхности и обнаружили, что их характеристики и эксплуатационные характеристики были такими же, как у тех, которые никогда не подвергались сушке. Они также обнаружили, что частицы могут хорошо работать и сохранять свою стабильность в различных жидких смесях с различной соленостью и уровнем рН.

"Волосистые нанокристаллы могут повторно диспергироваться даже при высоких концентрациях соли, что удобно, поскольку они остаются функциональными в агрессивных средах и могут быть использованы в широком спектре применений", - сказала соавтор исследования Мика Питчер, докторантка химического факультета Пенсильванского университета под руководством Шейхи. "Эта работа может проложить путь к устойчивой и крупномасштабной переработке наноцеллюлозы без использования аддитивных или энергоемких методов".

Программа летних исследований для студентов Инженерного колледжа штата Пенсильвания и программа стипендий для выпускников Консорциума космических грантов НАСА поддержали эту работу.