Las nanofibras, o fibras muy pequeñas, se han fabricado tradicionalmente usando dos métodos, ya sea electrospinning (electro-hilatura) o meltblown (derretido-soplado). Ambos métodos producen nanofibras de filamento secos, y diferentes versiones de estos métodos se han desarrollado a través de los años, con estos desarrollos supervisados por expertos en el campo textil.
Recientemente, otro método de desarrollo diferente surgió del campo de la ingeniería química, casi por accidente, y este nuevo método produce fibras cortadas, lo que abre posibilidades para una nueva amplia gama de aplicaciones finales.
La tecnología XanoShear™, desarrollada en la Universidad Estatal de Carolina del Norte (NCSU) fue licenciada a Xanofi Inc., de Raleigh, N.C., en el 2010. Esta nueva empresa se estableció para comercializar esta nueva tecnología, y la cual ofrece una tasa de producción considerablemente más rápida que la electro-hilatura, y se puede ajustar fácilmente para añadir componentes a la máquina.
Algo en el líquido
A principios de la década de los 2000s, cuando Orlin Velev, Ph.D. en ese entonces profesor asistente de ingeniería química y en la actualidad Profesor Invista del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de la NCSU, estaba trabajando en su laboratorio de química haciendo micro-varillas de polímero usando un proceso de corte coloidal, cuando notó que algunas de las varillas parecían estirarse mucho más y de manera más fina, formando nanofibras en el líquido.
Con su curiosidad despertada, Velev comenzó a jugar con corte y algunos mecanismos químicos para precipitar los polímeros y sacarlos de sus solventes. Varios colegas, incluyendo Stoyan Smoukov, Ph.D.; Sumit Gangwal, Ph.D. Pete Geisen, y otros — con experiencia principalmente en ingeniería química y en biotecnología — también se involucraron en esta tarea, y a través del nivel graduado del curso de Empresariado y Comercialización de Tecnología, y con la asesoría de Miles C. Wright, Ejecutivo en Residencia, desarrollaron un plan de negocios y formaron a la empresa Xanofi.
Velev, Smoukov y Geisen están ahora involucrados en tecnología y desarrollo de productos en Xanofi; mientras que Wright sirve como CEO de la compañía. Wright habló con nuestra revista hermana Textile World sobre la tecnología XanoShear y sobre la tecnología que está llevando productos al mercado usando esta tecnología.
La flexibilidad de la máquina XanoShear™ para ofrecer diferentes diámetros o configuraciones de tubo, tanques adicionales, u otras características, permiten el procesamiento de varios volúmenes y fibras de acuerdoa las especificaciones requeridas.
“El corazón de nuestra tecnología usa una combinación de solvente/antisolvente que fuerza a un polímero soluble a separarse en un sólido”, explicó Wright. “Al mismo tiempo, se ejerce una fuerza de corte dentro del líquido, de manera que pasa de líquido a sólido, y hay un movimiento de estirado”. Wright añadió que a través de la experimentación con este proceso, fue posible ejercer un mejor control de las micro-varillas, reduciendo las mismas al tamaño de fibras.
Wright dijo que las nanofibras cortadas ofrecen varias ventajas. Mientras que las fibras de filamentos electrospun son revestidas primariamente en la superficie de un substrato, las fibras cortadas XanoShear se pueden distribuir en un líquido y se pueden rociar o colocar por húmedo (wetlaid) para hacer un substrato XanoShear de dos dimensiones o de tipo tridimensional (3-D), creando así materiales que no se pueden elaborar usando fibras continuas.
“Nuestras aplicaciones varían de células tridimensionales, aditivos de proteína para alimentos, cromatografía de intercambio de iones o de afinidad, filtración de líquidos o de aire, y muchas otras”, agregó Wright. “Lo que hemos hecho no reemplaza a la electro-hilatura o al método meltblown. Vamos a realizar aplicaciones y a desarrollar maneras de producir productos con un material avanzado completamente diferente, y estamos mirando a aquellos mercados y aplicaciones que son apropiados para nuestro material, y no los mismos que son servidos por materiales producidos por los método de electro-hilatura o meltblown. Es muy fácil para nosotros incluir nuestras fibras en un tanque de mezclado e integrarlas de manera tridimensional en un substrato tipo wetlaid. Esto no se puede hacer con una fibra continua”.
Concepto de la máquina
El concepto de la máquina para la tecnología XanoShear es relativamente sencilla. “Comenzamos con una tecnología de ensayo en el tubo”, dijo Wright. “Originalmente, pensamos que nuestra máquina comercial se iba a parecer como una gigantesca máquina de lavar, básicamente como un tubo de ensayo, excepto mucho más grande. El problema con dicho concepto es que se parece más a un proceso por lotes, y queríamos movernos hacia un proceso más continuo. Probablemente, ensayamos 12 ó 13 diferentes maneras de crear corte dentro de un flujo continuo del líquido”.
“Cuando comenzamos a pensar sobre la manera de hacer esto, Pete [Geisen] se presentó un día con un rociador para jardines, y empezó a usarlo y esa mañana comenzó a producir nanofibras. Luego se nos ocurrió que necesitábamos más potencia y volumen. De manera que usamos un barril y comenzamos a producir nanofibras ese mismo día. En realidad, es un sistema bastante efectivo y todavía lo usamos como una plataforma de ensayos rápidos”, añadió Wright.
“Luego comenzamos a construir una máquina piloto, y todavía usamos ese concepto básico. Es solo una máquina funcional, y tenemos mucho espacio para diseñar de manera que haga cosas diferentes — en términos del volumen y de las fibras producidas — cambiando los diámetros, las configuraciones del tubo, y cosas por el estilo. Hay varias perillas que podemos girar para producir diferentes materiales; es una plataforma bastante robusta para hace cosas diferentes”.
Dan Morton, ingeniero de procesos en Xanofi, muestra una típica napa prensada, compuesta de nanofibras sólidas.
Xanofi también está desarrollando un sistema denominado XanoSpray, que rociará las nanofibras cortadas en los géneros enrollados. Dicho proyecto ha recibido financiación de la Fundación Nacional de Ciencia, de Estados Unidos.
Modelo de negocios
Más bien que vender máquinas o nanofibras a otros productores, Xanofi ha decidido asociarse con compañías que puedan comercializar los productos que la firma produce.
“Recibimos muchos pedidos para vender nuestras máquinas, pero no queremos convertirnos en un fabricante de equipos”, explicó Wright. “Y recibimos muchos pedidos para vender la fibra en volumen a precios de materia prima, pero no queremos ser el Walmart de las nanofibras — eso requiere una enorme cantidad de infraestructura y costos. Queremos desarrollar productos y encontrar nuevos usos para nuestro material avanzado. Somos únicos en el hecho de que poseemos nuestra propia plataforma. Podríamos obtener algo, un 80%, 90% ó 98% de un producto final, pero al final del día, queremos asociarnos con una compañía que lleve nuestro producto al mercado”.
Primeros productos
Aunque Xanofi desea principalmente asociarse con otras compañías para desarrollar y ofrecer sus productos finales, su primer producto, la plataforma de célula 3-D XanoMATRIX™, ha tomado un camino ligeramente diferente. La empresa se asoció con la Universidad de Carolina del Norte, el University College London, de Londres, y la Universidad de Cambridge, para desarrollar la plataforma.
Como se describe en la literatura distribuida por la compañía: “A diferencia de otras tecnologías, la arquitectura caótica de nuestros substratos y el elevado uso de fibras discretas permite que las células puedan migrar y propagarse con facilidad, reformando la plataforma con gradientes nutrientes más robustos”.
“Nosotros producimos la plataforma y las células crecen en la misma”, dijo Wright. “Tendremos versiones de 48 y de 96 placas, y estamos vendiendo estas placas para la plataforma de célula tridimensional. No tenemos un socio para este proyecto — queríamos realizar un producto comercial y encontrar luego un socio”. XanoMatrix será lanzado al mercado en febrero del 2014.
En otro proyecto de Xanofi, la compañía está desarrollando un aditivo que mejorará la hidrofobicidad de la fluoroquímica tipo C6.
“La cadena C6 más corta tiene menos roturas y es mejor para el medio ambiente que la química de C8, pero las químicas C6 pierden alrededor del 30% de su hidrofobicidad, de modo que no trabajan tan bien como las C8 en esa área”, dijo Wright. “A través de modificaciones químicas, la gente está recuperando el 80% de la hidrofobicidad. Si creamos un aditivo sencillo para estas químicas C6, podemos recuperar alrededor del 95% de la eficacia de manera bastante barata”.
Otros productos en desarrollo incluyen también proteínas de maíz para productos alimenticios, y un producto de biociencia que requiere cromatografía de afinidad. Xanofi se está asociando con varias empresas en el mundo para llevar al mercado una gran variedad de productos novedosos.
Enero-Febrero de 2014
