bedervend voedsel, zure wijn en verergerende wonden hebben een gemeenschappelijke boosdoener - een proces dat oxidatie wordt genoemd. Hoewel de nadelige effecten van deze chemische reacties kunnen worden beperkt door antioxidanten, het creëren van een stevig platform dat langdurige antioxidantactiviteit kan bieden, is een voortdurende uitdaging.

Onderzoekers van de Texas A&M University hebben dit probleem mogelijk opgelost met hun nieuwe antioxidantmatten. Gemaakt van een met elkaar verweven netwerk van ultrafijne strengen van een polymeer en een antioxidant die voorkomt in rode wijn, de onderzoekers zeiden dat deze matten sterk zijn, stabiel en in staat om gedurende langere tijd antioxiderende activiteit te leveren.

"Onze innovatie is dat we de stappen hebben verfijnd die nodig zijn om foutloos te draaien, ultramicroscopische vezels voor het maken van hoogwaardige antioxidantmatten, " zei Adwait Gaikwad, een afgestudeerde student in het laboratorium van professor Svetlana Sukhishvili in het College of Engineering en een primaire auteur van de studie. "Elke vezel is intermoleculair gekoppeld aan verschillende antioxidantmoleculen, en zo de laatste mat, die is gemaakt van miljoenen en miljoenen van dergelijke vezels, heeft een verbeterde antioxidantfunctionaliteit."

Een beschrijving van hun studie werd gepubliceerd in het februarinummer van het tijdschrift ACS toegepaste materialen en interfaces .

Hoewel oxidatie een veel voorkomend natuurverschijnsel is, deze chemische reactie kan schadelijk zijn als er niets aan wordt gedaan. Bijvoorbeeld, bij alcoholische dranken, te veel oxidatie leidt tot de vorming van aceetaldehyde uit alcohol, de smaak van de drank veranderen, kleur en geur. In het lichaam, oxidatieve stress veroorzaakt een opeenhoping van vrije radicalen die gezonde cellen en lichaamsweefsel kunnen schaden.

Echter, oxidatieve reacties kunnen onder controle worden gehouden door de werking van antioxidanten. Deze verbindingen combineren gemakkelijk met omgevingszuurstof of doneren elektronen om geladen radicalen te neutraliseren. Van de vele antioxidanten, een molecuul in rode wijn genaamd looizuur is bijzonder aantrekkelijk omdat het ook antibacterieel en antiviraal is. De onderzoekers zeiden dat deze opmerkelijke eigenschappen te wijten zijn aan de aanwezigheid van groepen atomen die polyfenolen worden genoemd in de moleculaire structuur van looizuur.

"Polyfenolen zijn natuurlijke organische verbindingen die ook bekend staan ​​om hun antioxiderende eigenschappen, " zei Hanna Hlushko, ook een afgestudeerde student in het laboratorium van Sukhishvili en een primaire auteur van de studie. "Het blijkt dat het looizuur vol zit met deze polyfenolmotieven, waardoor het een efficiënte bindingspartner is voor veel moleculen en een geweldige vanger van vrije radicalen."

In eerdere onderzoeken, antioxidanten werden gemengd tot synthetische matten. Simpel gezegd, bij deze techniek, matten worden gemaakt door eerst een polymeer en antioxidanten met elkaar te mengen en ze vervolgens plat te maken tot een vel. Maar de onderzoekers zeiden dat deze matten een lagere functionaliteit hebben omdat het oppervlak voor antioxidantactiviteit beperkt is.

En dus, om het oppervlak voor antioxiderende activiteit te vergroten, ze creëerden een antioxidantgaas gemaakt met ultrafijne vezels van polymeer en looizuur. Dus, elke streng van deze gaasachtige mat zou kunnen bijdragen aan de antioxidantactiviteit. Verder, in tegenstelling tot de eerdere mengtechniek, ze kozen een polymeer dat moleculen van looizuur kon vasthouden door waterstofbruggen te maken, waardoor de algehele sterkte van de uiteindelijke mat wordt vergroot.

Om deze vezels te maken, vulden de onderzoekers een spuit met looizuur, een polymeer genaamd polyvinylpyrrolidon en een combinatie van oplosmiddelen. Vervolgens, terwijl ze de gemengde polymeer-antioxidantoplossing uit de spuit persten, ze legden een spanning van 16 kilovolt aan tussen de punt van de spuit en een op korte afstand gelegen collector voor draaiende vaten. Deze extreem hoge spanning trok het polymeer in nanovezels terwijl het van de injectiespuit naar de verzameltrommel ging. Aan het einde van het spinproces, ze hadden een verwevenheid, nanovezel mat.

Toen de onderzoekers deze matten onder een krachtige elektronenmicroscoop onderzochten, ze ontdekten dat de nanovezels geen enkel defect vertoonden dat de mechanische eigenschappen van de mat in gevaar zou kunnen brengen. Ook, ze toonden aan dat deze matten stabiel zijn bij de pH van water en een aanhoudende antioxiderende activiteit kunnen bieden door ongeveer 20 dagen continu looizuur af te geven.

Ze merkten ook op dat de waterstofbindingen tussen polyvinylpyrrolidon en looizuur de sterkte van hun matten tot 10 keer meer verhoogden dan matten die alleen van polyvinylpyrrolidonvezels zijn gesponnen. Dus, het nanovezelontwerp maakte de matten mechanisch sterk en gaf ze toch doekachtige flexibiliteit om rond objecten te wikkelen.

"We hebben antioxidantmatten gemaakt met een groot oppervlak, robuuste mechanische eigenschappen en het vermogen om langdurige antioxidantbescherming te bieden, " zei Gaikwad. "Ook, de afgifte van looizuur is on-demand - de waterstofbruggen houden de antioxidanten in het materiaal totdat er een externe stimulus is, zoals pH. Deze eigenschappen maken onze matten geschikt voor diverse toepassingen, van verbanden voor wondgenezing tot binnenbekledingen van containers voor voedselopslag."