Till innehåll på sidan

CBH-forskare framställer aerogeler från nanofibrer – i en helt vanlig frys

Jowan Rostami
Jowan Rostami. Foto: Jon Lindhe, KTH.
Publicerad 2021-05-26

Jowan Rostami, doktorand i fiberteknologi på KTH, har varit med och tagit fram en förenklad och miljövänlig metod för att framställa aerogeler från nanocellulosa. Materialet kan enligt forskarna användas i en rad biomedicinska applikationer, så som smarta sårförband.

– Jag har fokuserat på att göra väldigt lätta material som kallas aerogeler. De är mycket porösa och kan användas i många olika applikationer, som absorptionsmaterial, i batterier och i biomedicinska applikationer, för att nämna några få. Det var roligt att vi lyckades göra väldigt våtstabila aerogeler av nanocellulosa, alginat och kalciumkarbonatpartiklar, genom en sofistikerad vattenbaserad metod, och visade potentialen med biobaserade och förnyelsebara råvaror, säger Jowan Rostami.

Miljövänlig framställning

Normalt vid skapandet av aerogeler måste man använda sig av dyra och resurskrävande processer för att framställa 3D-material som är så pass lätta. Men Jowan Rostami och de andra forskarna använde sig av vanlig frysning i en minus 18 graders-frys, likt den du har hemma i köket.  

– Sedan så gjorde vi något som kallas solvent exchange, där man byter ut vattenfasen med aceton (i just detta fall), som kunde evaporera bort. Så det var en väldigt enkel procedur. Det som gör processen så sofistikerad och fin dock, är det faktum att vi använder lite ättiksyra i acetonet. På så sätt kan syran lösa upp kalciumkarbonat partiklarna, som frigör CO2-gas som kan bubbla igenom strukturen och eventuellt ge mer porositet, samtidigt som kalciumjoner frigörs och kan tvärlinka nätverket och ge oss våtstyrka.

Forskarnas aerogel har en hög porositet på nästan 99 procent och de lyckades få ner densiteten till 2 kg/m^3 (densiteten av luft är 1.23 kg/m^3). Dessutom har materialet bra mekaniska egenskaper och god våtstabilitet. Resultaten har publicerats i tidskriften Materials Today  och bakom studien ligger förutom Jowan Rostami forskare från Teknisk mekanik vid KTH och avdelningen för hållfasthetslära vid Lunds universitet.

Enligt studien funktionaliserades forskarnas aeorgel med hjälp av Metal-organic frameworks (MOFs), som har en väldigt hög specifik yt-area och kan integreras med olika komponenter såsom DNA, protein och virus.

– I vårt fall hade vi proteiner som var inkapslade i MOFsen, som i sin tur var inkapslade i aerogelen, allt enligt en hierarkisk struktur. Vi visade att man kan använda det här till biomedicinska applikationer genom att ha ett kontrollerat utsläpp av proteinerna. Proteinerna kan alltså släppas ut med rätt stimuli; om det till exempel är lite surare omgivning. Så man skulle exempelvis kunna använda samma princip på sår och få ett väldigt kontrollerat utsläpp av mediciner över tid, säger Jowan Rostami.

Vill visa materialets potential

Vad hoppas du att det här kan leda till på längre sikt?

– Man kan åstadkomma väldigt mycket med nanocellulosa och olika typer av träbaserade material, men applikationsmässigt kan jag tycka att det finns utrymme i industrin för att visa potentialen av nanocellulosa-baserade aerogeler, även för mer avancerade ändamål. Med detta arbete hoppas jag att man kan se att det går att skräddarsy egenskaperna och strukturen utefter behov, samt möjligheten att funktionalisera vidare för att använda materialen i den applikation man har i åtanke. Allt detta så hållbart och grönt som möjligt, främst i vatten och andra gröna lösningsmedel, och genom att minimera energi- och tidskrävande processer.

Hur kom det sig att du fastnade för det här forskningsområdet?

– Vi har väldigt mycket trä i Sverige och den resursen tycker jag kan med fördel användas i fler avancerade applikationer och material. Den tanken tycker jag var rolig, att ta något som vi har så gott om och som är biobaserad, cellulosa från träd, och åstadkomma saker som man inte tror eller förväntar sig att man kan göra av den här råvaran. Men som min huvudhandledare Lars Wågberg alltid säger, man måste förstå det man gör och verkligen sätta fokus även på det fundamentala. Så förutom att vi utvecklar material och testar olika applikationer, tycker jag att det är givande att vi verkligen studerar och försöker förstå de interaktioner som är dominerande i vårt nätverk och vad det betyder för materialets slutgiltiga egenskaper. Det är trots allt all denna kunskap som gett oss möjligheten att skräddarsy vårt material och få så fina egenskaper, säger Jowan Rostami.

Text: Jon Lindhe

Kontakta Jowan Rostami

Innehållsansvarig:webmaster@cbh.kth.se
Tillhör: Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH)
Senast ändrad: 2021-05-26