Após mais de 25 anos de intensa pesquisa, as nanofibras continuam cientificamente promissoras, mas industrialmente limitadas, de acordo com uma nova perspectiva publicada em Fronteiras em Nanotecnologia.
Crédito da imagem: Fatores/Shutterstock.com
O estudo examina por que as nanofibras poliméricas e inorgânicas, exploradas em aplicações que vão desde a filtração até a medicina, ainda não alcançaram ampla adoção comercial.
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Na química sintética e na ciência dos materiais, os pesquisadores desenvolveram uma série de nanomateriais, incluindo nanofolhas, nanopós, nanotubos e nanofibras.
Embora estudos de laboratório tenham demonstrado propriedades impressionantes, apenas uma pequena fração destes materiais se transformou em produtos reais.
Os autores argumentam que o sucesso comercial normalmente requer o cumprimento de pelo menos duas das três condições: produção reproduzível em escala industrial, custo competitivo ou vantagens claras de desempenho e estabilidade ou vida útil suficiente.
As nanofibras continuam sendo uma das poucas lessons de nanomateriais que poderiam atender a todos os três – pelo menos em certas aplicações.
Fiação de nanofibras em escala
A revisão centra-se em dois métodos de produção dominantes: eletrofiação e fiação centrífuga. A eletrofiação tem um controle preciso sobre o diâmetro da fibra, mas sofre de baixo rendimento e alta complexidade operacional.
A fiação centrífuga, impulsionada por rotação mecânica em vez de campos elétricos, tem taxas de produção muito mais altas, mas introduz desafios no controle e uniformidade do processo.
Embora ambas as técnicas possam produzir nanofibras de alta qualidade, escaloná-las de forma confiável continua difícil. O controle do fluxo de ar, da evaporação de solventes, da coleta de fibras e da formação de defeitos requer conhecimentos detalhados de engenharia que muitas vezes excedem o que as empresas podem justificar para materiais emergentes.
Os solventes são uma grande barreira para o sucesso
A barreira mais significativa, argumentam os autores, é o sistema polímero-solvente. Muitos polímeros amplamente utilizados, como a poliamida 6 e a poliacrilonitrila, requerem solventes orgânicos tóxicos e caros. Os polímeros solúveis em água são mais baratos e seguros, mas a sua instabilidade em ambientes aquosos limita a sua utilização em muitas aplicações.
A economia é gritante: produzir um quilograma de nanofibras a partir de uma solução de polímero a ten% em peso pode desperdiçar cerca de nove quilogramas de solvente por evaporação.
O desenvolvimento de solventes e sistemas de solventes inteiramente novos é visto como irrealista, deixando a recuperação de solventes como a solução mais viável a longo prazo. Sistemas de circuito fechado, condensação de solventes e métodos de recuperação baseados em adsorção são tecnicamente viáveis, mas permanecem raros devido ao custo e à complexidade.
Estabilidade ou degradabilidade projetada
A estabilidade das nanofibras depende fortemente da sua aplicação. As membranas de filtração exigem durabilidade a longo prazo, enquanto as aplicações biomédicas, como a cicatrização de feridas ou estruturas teciduais, podem se beneficiar da degradação controlada.
Para preencher essa lacuna, os autores destacam estratégias de pós-processamento, incluindo reticulação, tratamento com plasma e aplicação de revestimentos inorgânicos ultrafinos usando técnicas como Deposição de Camada Atômica ou infiltração em fase de vapor.
Essas abordagens podem aumentar significativamente a resistência mecânica e a resistência química, ao mesmo tempo que permitem funções adicionais, como atividade antibacteriana ou liberação controlada de medicamentos.
Segurança e Cuidado da Indústria
As nanofibras também enfrentam um problema de percepção. As preocupações históricas em torno do amianto tornaram a indústria cautelosa em relação aos materiais fibrosos.
No entanto, estudos toxicológicos recentes sugerem que as nanofibras inorgânicas geralmente não são mais perigosas do que as nanopartículas dos mesmos materiais – e podem ser menos – porque o seu tamanho maior limita a penetração na pele ou nos pulmões.
As nanofibras biopoliméricas são amplamente consideradas seguras devido à biodegradação, embora os efeitos biológicos dos seus produtos de degradação permaneçam incompletamente compreendidos. Os autores argumentam que a investigação toxicológica contínua é essencial para construir a confiança entre os fabricantes e reguladores.
Onde as nanofibras estão funcionando
Apesar desses desafios, as nanofibras alcançaram sucesso comercial na filtração. As membranas de nanofibras são amplamente utilizadas em sistemas de filtragem de ar e líquidos, atingindo os mais altos níveis de prontidão tecnológica.
Outros sectores, como os cosméticos, os sorventes e os produtos biomédicos de nicho, estão a progredir mais lentamente, mas apresentam um forte potencial onde as vantagens de desempenho justificam custos de produção e complexidade mais elevados.
Por outro lado, as nanofibras inorgânicas para aplicações de catálise e energia permanecem limitadas pelos altos custos de processamento e pelas etapas de fabricação em lote.
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Qual é o futuro das nanofibras
Os autores alertam contra a expectativa de avanços rápidos. Em vez disso, apelam a melhorias constantes a nível de sistema: maior produtividade, melhor controlo de processos, recuperação de solventes e colaboração mais estreita entre o meio académico e a indústria.
Estes desafios, observam os autores, não são exclusivos das nanofibras, mas refletem questões mais amplas que o setor de fabricação de materiais avançados enfrenta. É provável que o progresso seja incremental, específico da aplicação e impulsionado por claros ganhos de desempenho, e não apenas por novidades científicas.
As nanofibras ainda têm muito a oferecer – mas apenas quando as realidades industriais são abordadas com tanto rigor como a ciência laboratorial.
Referência do diário
Hromadko L., e outros. (2025). Nanofibras: onde estão, onde precisamos que estejam. Fronteiras em Nanotecnologia 7:1706183. DOI: 10.3389/fnano.2025.1706183