In questa ricerca vengono sviluppati nano-compositi porosi ibridi per utilizzo come dispositivi filtranti per nanoparticelle e come sistemi per lo scambio di umidità. Questi dispositivi esibiscono una geometria complessa che consente l'intrappolamento delle nano-particelle nella regione critica 30-100 nm senza elevata caduta di pressione.
I compositi ibridi vengono sviluppati mediante un processo di biomineralizzazione indotto a partire da una sospensione di miscele di polimeri naturali (ad esempio gelatina, chitosano, alginato) in presenza di ioni Ca2+ e PO43- a temperatura e pH controllati. Questo consente la simultanea fibrazione e nucleazione eterogenea di quantità definite di fasi apatitiche a bassa cristallinità.
Gli idrogel mineralizzati così ottenuti saranno soggetti a processi di freeze-drying dove le cinetiche di congelamento e sublimazione sono controllate per ottenere microstruttura e orientazione dei pori controllate. I costrutti 3D mineralizzati esibiscono elevata porosità aperta ed interconnessa. La formazione dei costrutti mineralizzati sarà ottimizzata mediante aggiunta di agenti reticolanti per regolare la stabilità meccanica e la rigidezza così come la dimensione e l'orientazione dei pori. Questi fattori, unitamente alle caratteristiche di idrofilicità e idrofobicità dei polimeri impiegati influenzano la permeabilità del dispositivo.
I dispositivi filtranti possono anche essere dotati di sistemi ad interferenza mediante nucleazione eterogenea di fasi inorganiche superparamagnetiche come apatiti drogate specificamente con ioni ferro (Fe-HA). In questo caso, controllando il rapporto Fe2+/Fe3+ e lo stato di coordinazione all'interno del reticolo dell'apatite è possibile indurre superparamagnetismo intrinseco che può essere utilizzato per aumentare la capacità di cattura di particelle ferromagnetiche durante la filtrazione.
Inoltre, l'ipertermia come effetto collaterale del superparamagnetismo nella Fe-HA, può essere sfruttata per generare gradienti di temperatura all'interno dei mezzi filtranti: le forze termoforetiche possono causare lo spostamento delle particelle di aerosol verso la parte fredda delle superfici interne del composito così da incrementare l'efficienza di cattura del filtro. Specifiche funzionalità batteriostatiche/battericide sono ottenute applicando il processo di biomineralizzazione per indurre la nucleazione eterogenea di apatite sostituita con ioni argento che ha effetti noti contro i batteri. Tali filtri possono essere adattati per uso come filtri HME che, come unico dispositivo che consente sia la filtrazione che l'umidificazione, limiterà le infezioni nel paziente e i seri problemi che ne conseguono.
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