Filtrul de aer grafen captează și ucide bacteriile
Oamenii de știință au dezvoltat un filtru de grafen sterilizant care captează microbii și produsele lor dăunătoare din aer și îi distruge. Ei prevăd că dispozitivul este util în spitale și în alte setări de asistență medicală.
În fiecare an, aproximativ 1 din 25 de pacienți din Statele Unite dobândesc cel puțin o infecție din cauza îngrijirii spitalicești, potrivit Centrelor pentru Controlul și Prevenirea Bolilor (CDC).
O lucrare recentă în jurnal ACS Nano descrie filtrul de grafen auto-sterilizant și cum a funcționat în teste.
Dispozitivul este ideea autorului principal al studiului, James M. Tour, dr. Și a echipei sale de la Universitatea Rice din Houston, TX, unde Tour deține profesori în știința materialelor și nanoinginerie, precum și chimie și informatică.
„Atât de mulți pacienți sunt infectați de bacterii și de produsele lor metabolice, care, de exemplu, pot duce la sepsis în timp ce se află în spital”, spune Prof. Tour.
Filtrul încorporează tehnologia grafenului indus de laser (LIG). Grafenul este o formă de carbon extrem de subțire, foarte puternică și capabilă să conducă electricitatea.
Grafenul are multe aplicații care, pe lângă medicină, pot varia de la electronică digitală la inginerie aerospațială.
Filtru de aer grafen auto-sterilizant
LIG este o spumă poroasă de grafen care se formează atunci când un tăietor cu laser industrial încălzește suprafața unei foi de polimidă, un polimer comun de înaltă rezistență.
De când prof. Tour și echipa sa au descoperit procesul de realizare a LIG în 2014, a dat naștere la numeroase aplicații, de la electronică la artă.
Echipa a descoperit că ar putea adapta LIG pentru utilizare ca filtru prin formarea de grafen pe ambele părți ale poliimidei. Aceasta produce o rețea 3D subțire - dar puternică - a polimerului care întărește spuma de grafen.
În cele din urmă, au descoperit că ar putea construi un filtru cuprinzând păduri groase de fibre conductoare de grafen pe paturi de foi intercalate.
Datorită structurii sale, filtrul de spumă poate captura microorganisme, cum ar fi bacterii și ciuperci, împreună cu alți contaminanți aerieni, cum ar fi spori, prioni și diferiți compuși toxici prezenți în aerosoli, picături și particule.
Filtrul captează și distruge ceea ce captează prin încălzirea periodică până la o temperatură de 350 ° C (660 ° F) ca urmare a trecerii electricității prin el. Nu are nevoie de multă putere pentru a atinge această temperatură și durează doar câteva secunde să se răcească din nou.
Distruge moleculele dăunătoare
Temperatura de 350 ° C este suficient de fierbinte pentru a distruge microorganismele și orice subproduse care ar putea hrăni noi microbi, precum și orice „molecule care pot provoca reacții biologice adverse și boli”, notează autorii.
Aceste molecule includ pirogeni, alergeni, exotoxine, endotoxine, micotoxine, acizi nucleici și prioni.
„Avem nevoie de mai multe metode”, explică Prof. Tour, „pentru a combate transferul aerian nu doar a bacteriilor, ci și a produselor lor din aval, care pot provoca reacții severe în rândul pacienților.”
„Unele dintre aceste produse, cum ar fi endotoxinele, trebuie expuse la temperaturi de 300 ° C pentru a le dezactiva”, adaugă el.
Prof. Tour sugerează că distrugerea moleculelor producătoare de bacterii ar reduce semnificativ riscul răspândirii acestora la pacienți, ducând la spitalizări mai scurte, mai puține boli și mai puține decese.
El și echipa sa cred că un singur filtru LIG personalizat ar putea înlocui cele două filtre pe care spitalele trebuie să le instaleze în prezent în sistemele lor de ventilație pentru a se conforma reglementărilor federale.
În lucrarea lor de studiu, cercetătorii descriu modul în care au testat filtrul LIG folosind un sistem comercial de filtrare a aerului sub vid care funcționează prin aspirarea aerului la o rată de 10 litri pe minut.
Au efectuat testul timp de 90 de ore fără oprire.Rezultatele au arătat că metoda de încălzire a reușit sterilizarea filtrelor tuturor agenților patogeni și a produselor secundare ale acestora.
Filtru de aer cu durată potențial mai lungă
Din testele de cultivare, echipa a constatat, de asemenea, că bacteriile nu trec prin filtrul LIG. Testele au implicat cultivarea bacteriilor pe o membrană din aval de filtru.
Cercetătorii au incubat, de asemenea, filtrele folosite timp de 130 de ore după cele 90 de ore de utilizare și le-au examinat. Au comparat rezultatele cu cele ale filtrelor incubate care nu suferiseră nicio încălzire.
Rezultatele au arătat că filtrele LIG utilizate, care au suferit accese repetate de încălzire la temperaturi de peste 300 ° C, nu au crescut nici o bacterie în timpul incubației. Nu a fost cazul filtrelor LIG neîncălzite.
Echipa sugerează că abilitatea de auto-sterilizare ar putea oferi filtrelor LIG o durată de viață mai lungă, astfel încât utilizatorii nu ar trebui să le înlocuiască la fel de des ca filtrele de aer mai convenționale.
Prof. Tour prevede, de asemenea, utilizarea filtrelor LIG în avioane comerciale.
„Lumea are de mult timp nevoie de o abordare pentru a atenua transferul aerian de agenți patogeni și produsele lor dăunătoare.”
Prof. James M. Tour
