Nanofibres

Les nanofibres sont des fibres dont le diamètre est de l'ordre du nanomètre. Elles peuvent être créées à partir de différents polymères, et auront donc des propriétés physico-chimiques et des applications différentes en fonction du polymère. Parmi les polymères qui se prêtent à la réalisation de nanofibres, certains sont d'origine naturelle (collagène, cellulose, kératine, chitosane, etc.), d'autres d'origine synthétique (acide polylactique, polycaprolactone, polyuréthane, éthylène-acétate de vinyle, etc.)[1],[2]. Le diamètre des fibres obtenues dépend du type de polymère et de la méthode de production[3]. Toutes les nanofibres ont cependant en commun une surface spécifique élevée, une grande porosité, une assez bonne résistance mécanique, et une grande polyvalence fonctionnelle, comparée aux microfibres[2],[1],[4].

Les nanofibres peuvent être réalisées par différentes méthodes, dont l’étirage, l'électrofilage, l’auto-assemblage, ou la séparation de phases thermo-induite. L'électrofilage est la méthode la plus courante, en raison de sa flexibilité : le montage expérimental est relativement simple, et cette méthode permet la production de masse de nanofibres continues de différents polymères, tout en contrôlant leur diamètre, leur composition, et leur orientation[4].

Les nanofibres peuvent être utilisées dans de nombreuses applications technologiques et commerciales. Elles peuvent servir de structure de support pour la culture de tissus biologiques[2],[1],[5], pour l'administration de substances pharmaceutiques[6],[7],[8], au diagnostic du cancer[9],[10],[11], à la réalisation de batteries lithium-air[12],[13],[14], comme capteurs optiques[15],[16],[17], et à la filtration de l'air[18],[19],[20].

Applications

Filtration de l'air

Les nanofibres peuvent être utilisées dans des filtres pour protéger les personnes contre les virus, les bactéries, le smog, la poussière, les allergènes et autres particules. L’efficacité de filtration est d’environ 99,9 % et le principe de filtration est mécanique. Les particules dans l’air sont plus grandes que les pores de la pelote en nanofibres mais les molécules de dioxygène sont assez petites pour passer à travers. Une seule entreprise[21] utilise les nanofibres dans des produits ordinaires en 2019. Les produits utilisant les nanofibres pour filtrer l’air et protéger la santé des personnes peuvent prendre la forme de membrane de protection pour fenêtre, de masques faciaux, de masques de protection ou tour de cou avec membrane en nanofibres. Le projet avec un tour de cou en nanofibres a été présenté sur Kickstarter fin 2018 et a été financé avec succès.

Textile pour vêtements de sport

Le textile pour vêtements de sport, avec une membrane en nanofibres à l'intérieur, est basé sur la technologie moderne des nanofibres où le noyau de la membrane est constitué de fibres d'un diamètre mille fois plus fin que les cheveux humains. Ce « tamis » extrêmement dense, avec plus de 2,5 milliards de pores par centimètre carré, est beaucoup plus efficace pour éliminer les vapeurs et apporte une meilleure résistance à l'eau. Dans le langage des nombres, le textile nanofibre apporte les paramètres suivants :

  • perméabilité à la vapeur d'eau RET 1,0 et 10 000 mm de colonne d'eau (version préférant la respirabilité) ;
  • perméabilité à la vapeur d'eau RET 4,8 et 30 000 mm de colonne d'eau (version préférant la résistance à l'eau).

Les vêtements et les membranes de chaussures en nanofibres sont en polyuréthane, de sorte que leur production ne soit pas nuisible à la nature. Les membranes des vêtements de sport en nanofibre sont recyclables.

Références
  1. R. Khajavi, M. Abbasipour et A. Bahador, « Electrospun biodegradable nanofibers scaffolds for bone tissue engineering », J. Appl. Polym. Sci., vol. 133, no 3,‎ , n/a (DOI 10.1002/app.42883).
  2. R. Vasita et D. Katti, « Nanofibers and their applications in tissue engineering », Int. J. Nanomed., vol. 1, no 1,‎ , p. 15–30 (PMID 17722259, PMCID 2426767, DOI 10.2147/nano.2006.1.1.15).
  3. D. Reneker et I. Chun, « Nanometre diameter fibres of polymer produced by electrospinning », Nanotechnology, vol. 7, no 3,‎ , p. 216–223 (DOI 10.1088/0957-4484/7/3/009)
  4. D. Li et Y. Xia, « Electrospinning of nanofibers: reinventing the wheel? », Adv. Mater., vol. 16, no 14,‎ , p. 1151–1170 (DOI 10.1002/adma.200400719).
  5. P. Ma et R. Zhang, « Synthetic nano-scale fibrous extracellular matrix », J. Biomed. Mater. Res., vol. 46, no 1,‎ , p. 60–72 (PMID 10357136, DOI 10.1002/(sici)1097-4636(199907)46:1<60::aid-jbm7>3.0.co;2-h)
  6. F Sharifi et al., « Fiber based approaches as medicine delivery systems », ACS Biomater. Sci. Eng., vol. 2, no 9,‎ , p. 1411–1431 (DOI 10.1021/acsbiomaterials.6b00281)
  7. S Ahn et al., « Microfluidic spinning of fibrous alginate carrier having highly enhanced drug loading capability and delayed release profile », RSC Adv., vol. 5, no 20,‎ , p. 15172–15181 (DOI 10.1039/C4RA11438H)
  8. T. Garg, G. Rath et A. Goyal, « Biomaterials-based nanofiber scaffold: targeted and controlled carrier for cell and drug delivery », J. Drug Target., vol. 23, no 3,‎ , p. 202–221 (PMID 25539071, DOI 10.3109/1061186X.2014.992899)
  9. J Chen et al., « Clinical applications of NanoVelcro rare-cell assays for detection and characterization of circulating tumor cells », Theranostics, vol. 6, no 9,‎ , p. 1425–1439 (PMID 27375790, PMCID 4924510, DOI 10.7150/thno.15359)
  10. Z Ke et al., « Programming thermoresponsiveness of NanoVelcro substrates enables effective purification of circulating tumor cells in lung cancer patients », ACS Nano, vol. 9, no 1,‎ , p. 62–70 (PMID 25495128, PMCID 4310634, DOI 10.1021/nn5056282)
  11. M Cristofanilli et al., « Circulating tumor cells: a novel prognostic factor for newly diagnosed metastatic breast cancer », J. Clin. Oncol., vol. 23, no 21,‎ , p. 1420–1430 (PMID 15735118, DOI 10.1200/JCO.2005.08.140)
  12. B Zhang et al., « Recent advances in electrospun carbon nanofibers and their application in electrochemical energy storage », Prog. Mater. Sci., vol. 76,‎ , p. 319–380 (DOI 10.1016/j.pmatsci.2015.08.002)
  13. « Lithium-air batteries: their time has come », The Economist,‎ (lire en ligne)
  14. X. Yang, P. He et Y. Xia, « Preparation of mesocellular carbon foam and its application for lithium/oxygen battery », Electrochem. Commun., vol. 11, no 6,‎ , p. 1127–1130 (DOI 10.1016/j.elecom.2009.03.029)
  15. X Wang et al., « Electrospun nanofibrous membranes for highly sensitive optical sensors », Nano Lett., vol. 2, no 11,‎ , p. 1273–1275 (DOI 10.1021/nl020216u, CiteSeerx 10.1.1.459.8052)
  16. Q Yang et al., « Polymer micro or nanofibers for optical device applications », J. Appl. Polym. Sci., vol. 110, no 2,‎ , p. 1080–1084 (DOI 10.1002/app.28716)
  17. J. Zubia et J. Arrue, « Plastic optical fibers: an introduction to their technological processes and applications », Opt. Fiber Technol., vol. 7, no 2,‎ , p. 101–140 (DOI 10.1006/ofte.2000.0355)
  18. T. Kelly, T. Gao et M. Sailor, « Carbon and carbon/silicon composites templated in rugate filters for the adsorption and detection of organic vapors », Adv. Mater., vol. 23, no 15,‎ , p. 1776–1781 (DOI 10.1002/adma.201190052)
  19. E Scholten et al., « Electrospun polyurethane fibers for absorption of volatile organic compounds from air », ACS Appl. Mater. Interfaces, vol. 3, no 10,‎ , p. 3902–3909 (PMID 21888418, DOI 10.1021/am200748y, hdl 1721.1/81271)
  20. K Graham et al., « Polymeric nanofibers in air filtration applications », Fifteenth Annual Technical Conference & Expo of the American Filtration & Separations Society,‎
  21. respilon.com
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