Grafeno oro filtras sulaiko ir naikina bakterijas
Mokslininkai sukūrė sterilizuojantį grafeno filtrą, kuris sulaiko mikrobus ir kenksmingus jų produktus iš oro ir juos sunaikina. Jie numato, kad prietaisas bus naudingas ligoninėse ir kitose sveikatos priežiūros įstaigose.
Remiantis Ligų kontrolės ir prevencijos centro (CDC) duomenimis, kiekvienais metais maždaug 1 iš 25 pacientų Jungtinėse Valstijose įgyja bent vieną infekciją dėl slaugos ligoninėje.
Neseniai publikuotas žurnalas „ACS Nano“ aprašomas savaime sterilizuojantis grafeno filtras ir kaip jis atliktas atliekant bandymus.
Prietaisą sukūrė vyresnysis mokslų daktaras Jamesas M. Touras ir jo komanda Rice universitete Hiustone, TX, kur Touras turi medžiagų mokslo ir nanoinžinerijos, taip pat chemijos ir informatikos profesorius.
„Tiek daug pacientų užsikrečia bakterijomis ir jų medžiagų apykaitos produktais, kurie, pavyzdžiui, gali sukelti sepsį būdami ligoninėje“, - sako prof. Touras.
Filtras apima lazerio sukelto grafeno (LIG) technologiją. Grafenas yra ypač plona, labai stipri ir galinti praleisti elektrą anglies forma.
Grafenas turi daugybę programų, kurios, be medicinos, gali būti įvairios: nuo skaitmeninės elektronikos iki kosminės erdvės inžinerijos.
Sterilizuojantis grafeno oro filtras
LIG yra poringos grafeno putos, susidarančios, kai pramoninis lazerinis pjaustytuvas sušildo poliimido, įprasto didelio stiprio polimero, lakšto paviršių.
Nuo to laiko, kai prof. Touras ir jo komanda atrado LIG kūrimo procesą 2014 m., Jis sukėlė daugybę programų, pradedant elektronika ir baigiant menu.
Komanda nustatė, kad jie gali pritaikyti LIG naudoti kaip filtrą, formuodami grafeną abiejose poliimido pusėse. Taip gaunama plona, bet tvirta, polimero 3D grotelė, kuri sustiprina grafeno putplastį.
Galų gale jie nustatė, kad ant susipynusių lakštų lovų jie galėjo pastatyti filtrą, sudarytą iš storų laidžių grafeno pluoštų miškų.
Dėl savo struktūros putų filtras gali sugauti mikroorganizmus, tokius kaip bakterijos ir grybai, kartu su kitais ore esančiais teršalais, tokiais kaip sporos, prionai ir įvairūs toksiniai junginiai, kurių yra aerozoliuose, lašeliuose ir dalelėse.
Filtras sulaiko ir sunaikina tai, ką jis užfiksuoja, periodiškai kaitindamas iki 350 ° C (660 ° F) temperatūros, nes per ją praeina elektra. Šiai temperatūrai pasiekti nereikia daug energijos, o vėl atvėsti užtruks kelias sekundes.
Sunaikina kenksmingas molekules
350 ° C temperatūra yra pakankamai karšta, kad sunaikintų mikroorganizmus ir visus šalutinius produktus, kurie galėtų maitinti naujus mikrobus, taip pat visas „molekules, galinčias sukelti neigiamų biologinių reakcijų ir ligų“, pažymi autoriai.
"Šios molekulės apima pirogenus, alergenus, egzotoksinus, endotoksinus, mikotoksinus, nukleorūgštis ir prionus", - priduria jie.
"Mums reikia daugiau metodų", - aiškina prof. Touras, - "kovojant su ne tik bakterijų, bet ir jų tolesnių produktų pernešimu ore, kuris gali sukelti sunkias pacientų reakcijas".
„Kai kuriuos iš šių produktų, pavyzdžiui, endotoksinus, reikia paveikti 300 ° C temperatūroje, kad juos dezaktyvuotume“, - priduria jis.
Prof. Touras teigia, kad sunaikinus bakterijas gaminančias molekules, būtų žymiai sumažinta rizika, kad jos plis tarp pacientų, todėl ligoninės bus hospitalizuojamos trumpiau, bus mažiau ligų ir mirčių.
Jis ir jo komanda mano, kad vienas pagal užsakymą pagamintas LIG filtras galėtų pakeisti du filtrus, kuriuos ligoninės šiuo metu turi įrengti savo ventiliacijos sistemose, kad atitiktų federalines taisykles.
Tyrimo darbe mokslininkai aprašo, kaip jie išbandė LIG filtrą naudodami komercinę vakuuminę oro filtravimo sistemą, veikiančią siurbiant orą 10 litrų per minutę greičiu.
Jie nesustodami bandė 90 valandų.Rezultatai parodė, kad kaitinimo metodu pavyko sterilizuoti visų ligų sukėlėjų ir jų šalutinių produktų filtrus.
Potencialiai ilgesnis oro filtras
Atlikdama kultivavimo bandymus, komanda taip pat nustatė, kad bakterijos nepraleido pro LIG filtrą. Bandymų metu bakterijos buvo kultivuojamos ant membranos, esančios pasroviui nuo filtro.
Tyrėjai taip pat inkubavo panaudotus filtrus 130 valandų po 90 valandų naudojimo ir juos ištyrė. Jie palygino rezultatus su inkubuotais filtrais, kurie nebuvo kaitinami.
Rezultatai parodė, kad naudoti LIG filtrai, kurie buvo pakartotinai kaitinami iki aukštesnės nei 300 ° C temperatūros, inkubacijos metu nebuvo ataugę nė vienos bakterijos. Taip nebuvo su nešildomais LIG filtrais.
Komanda teigia, kad galimybė savaime sterilizuotis galėtų suteikti ilgesnį LIG filtrų tarnavimo laiką, kad vartotojams nereikėtų jų keisti taip dažnai, kaip įprastus oro filtrus.
Prof. Tour taip pat numato LIG filtrų naudojimą komerciniuose lėktuvuose.
„Pasauliui jau seniai reikalingas tam tikras požiūris, siekiant sušvelninti patogenų ir su jais susijusių kenksmingų produktų pernešimą ore.“
Prof. Jamesas M. Touras
