Графенски ваздушни филтер заробљава и убија бактерије
Научници су развили стерилизујући графенски филтер који узима микробе и њихове штетне производе из ваздуха и уништава их. Они предвиђају да ће уређај бити користан у болницама и другим здравственим установама.
Сваке године око 1 од 25 пацијената у Сједињеним Државама стекне најмање једну инфекцију због болничке неге, према Центрима за контролу и превенцију болести (ЦДЦ).
Недавни рад у часопису АЦС Нано описује само-стерилизујући графенски филтер и како се понашао у тестовима.
Уређај је замишљен као старији аутор студије др Јамес М. Тоур и његов тим са Универзитета Рице у Хјустону, ТКС, где Тоур има професоре у науци о материјалима и наноинжењерингу, као и у хемији и рачунарству.
„Толико пацијената зарази се бактеријама и њиховим метаболичким производима, што на пример може да резултира сепсом док је у болници“, каже проф. Тоур.
Филтер укључује технологију ласерски индукованог графена (ЛИГ). Графен је облик угљеника који је изузетно танак, врло јак и способан да проводи електричну енергију.
Графен има много примена, које се поред медицине могу кретати од дигиталне електронике до ваздухопловног инжењерства.
Само-стерилизујући графенски ваздушни филтер
ЛИГ је порозна графенска пена која настаје када индустријски ласерски резач загрева површину лима од полимида, уобичајеног полимера високе чврстоће.
Откако су проф. Тоур и његов тим открили поступак израде ЛИГ-а 2014. године, створио је многе примене у распону од електронике до уметности.
Тим је открио да могу да прилагоде ЛИГ за употребу као филтер стварањем графена на обе стране полиимида. Ово даје танку - али јаку - 3Д решетку полимера која ојачава графенску пену.
На крају су открили да могу да изграде филтер који садржи густе шуме проводљивих графенских влакана на слојевима испреплетених плоча.
Због своје структуре, пенасти филтер може да ухвати микроорганизме, попут бактерија и гљивица, заједно са другим загађивачима у ваздуху, као што су споре, приони и различита токсична једињења која су присутна у аеросолима, капљицама и честицама.
Филтер заробљава и уништава оно што ухвати периодичним загревањем до температуре од 350 ° Ц (660 ° Ф) као резултат проласка електричне енергије кроз њега. Да би постигла ову температуру није потребна велика снага, а потребно је само неколико секунди да се поново охлади.
Уништава штетне молекуле
Температура од 350 ° Ц је довољно врућа да убија микроорганизме и све нуспроизводе који би могли хранити нове микробе, као и све „молекуле који могу да изазову нежељене биолошке реакције и болести“, напомињу аутори.
„Ови молекули укључују пирогене, алергене, егзотоксине, ендотоксине, микотоксине, нуклеинске киселине и прионе“, додају они.
„Потребно нам је више метода“, објашњава проф. Тоур, „за борбу против ваздушног преноса не само бактерија већ и њихових продуката који могу да изазову озбиљне реакције код пацијената.“
„Неки од ових производа, попут ендотоксина, морају бити изложени температурама од 300 ° Ц да би их деактивирали“, додаје он.
Професор Тоур сугерише да би уништавање молекула који производе бактерије знатно смањио ризик од њиховог ширења међу пацијентима, што би резултирало краћим хоспитализацијама, мање болести и мање смртних случајева.
Он и његов тим верују да би један специјално направљени ЛИГ филтер могао заменити два филтера која болнице тренутно морају да инсталирају у своје вентилационе системе у складу са савезним прописима.
У свом студијском раду истраживачи описују како су тестирали ЛИГ филтер користећи комерцијални систем вакуумске филтрације ваздуха који делује усисавањем ваздуха брзином од 10 литара у минути.
Тест су трчали 90 сати без престанка.Резултати су показали да је метода загревања успела да стерилише филтере свих патогена и њихових нуспроизвода.
Потенцијално дуготрајнији ваздушни филтер
Из тестова култивисања, тим је такође открио да бактерије нису прошле кроз ЛИГ филтер. Тестови су подразумевали узгајање бактерија на мембрани низводно од филтера.
Истраживачи су такође инкубирали коришћене филтере 130 сати након 90 сати употребе и прегледали их. Упоредили су резултате са резултатима инкубираних филтера који нису подвргнути грејању.
Резултати су показали да коришћени ЛИГ филтери, који су подвргнути опетованим налетима загревања до температура изнад 300 ° Ц, нису поново развили бактерије током инкубације. То није био случај са негрејаним ЛИГ филтерима.
Тим сугерише да би способност само-стерилисања могла ЛИГ филтерима пружити дужи животни век, тако да корисници не би морали да их замењују толико често као уобичајени филтри за ваздух.
Професор Тоур такође предвиђа употребу ЛИГ филтера у комерцијалним авионима.
„Свијету је одавно потребан неки приступ за ублажавање зрачног преноса патогена и њихових сродних штетних производа.“
Проф. Јамес М. Тоур
