Grafenski zračni filter ujame in ubije bakterije
Znanstveniki so razvili sterilizacijski grafenski filter, ki mikrobe in njihove škodljive izdelke zajema iz zraka in jih uničuje. Predvidevajo, da je naprava uporabna v bolnišnicah in drugih zdravstvenih ustanovah.
Po podatkih Centrov za nadzor in preprečevanje bolezni (CDC) vsako leto približno 1 od 25 bolnikov v ZDA pridobi vsaj eno okužbo zaradi bolnišnične oskrbe.
Nedavni članek v reviji ACS Nano opisuje samo-sterilizirajoči grafenski filter in kako se je obnašal na testih.
Naprava je zamisel višjega avtorja študije dr.Jamesa M. Toura in njegove ekipe na univerzi Rice v Houstonu v Teksasu, kjer je Tour profesor na področju materialov in nanotehnike ter kemije in računalništva.
"Toliko bolnikov se okuži z bakterijami in njihovimi presnovnimi produkti, kar lahko na primer povzroči bolnikovo sepso," pravi prof. Tour.
Filter vključuje tehnologijo lasersko induciranega grafena (LIG). Grafen je oblika ogljika, ki je izjemno tanka, zelo močna in je sposobna prevajati elektriko.
Grafen ima veliko aplikacij, ki so poleg medicine lahko od digitalne elektronike do letalskega inženirstva.
Samo sterilizirajoč se zračni filter iz grafena
LIG je porozna grafenska pena, ki nastane, ko industrijski laserski rezalnik segreje površino lista poliamida, običajnega polimera visoke trdnosti.
Odkar sta prof. Tour in njegova ekipa leta 2014 odkrila postopek za izdelavo LIG, je nastal več aplikacij, od elektronike do umetnosti.
Skupina je ugotovila, da lahko LIG prilagodijo za uporabo kot filter z oblikovanjem grafena na obeh straneh poliimida. Tako nastane tanka - vendar močna - 3D mreža polimera, ki ojača grafenovo peno.
Sčasoma so ugotovili, da lahko na posteljah iz prepletenih listov zgradijo filter, ki obsega goste gozdove prevodnih grafenskih vlaken.
Zaradi svoje strukture lahko penasti filter zajame mikroorganizme, kot so bakterije in glive, skupaj z drugimi onesnaževali v zraku, kot so spore, prioni in različne strupene spojine, ki so prisotne v aerosolih, kapljicah in delcih.
Filter ujame in uniči, kar zajame, tako da se občasno ogreva na temperaturo 350 ° C (660 ° F) kot posledica prehajanja električne energije skozi njega. Za dosego te temperature ne potrebuje veliko moči in traja le nekaj sekund, da se ponovno ohladi.
Uniči škodljive molekule
Temperatura 350 ° C je dovolj vroča, da uniči mikroorganizme in morebitne stranske proizvode, ki bi lahko nahranili nove mikrobe, pa tudi morebitne "molekule, ki lahko povzročijo neželene biološke reakcije in bolezni", ugotavljajo avtorji.
"Te molekule vključujejo pirogene, alergene, eksotoksine, endotoksine, mikotoksine, nukleinske kisline in prione," dodajajo.
"Potrebujemo več metod," pojasnjuje prof. Tour, "za boj proti zračnemu prenosu ne le bakterij, temveč tudi njihovih produktov, ki lahko povzročijo hude reakcije pri bolnikih."
"Nekatere od teh izdelkov, kot so endotoksini, je treba izpostaviti temperaturi 300 ° C, da jih deaktiviramo," dodaja.
Profesor Tour predlaga, da bi uničevanje molekul, ki proizvajajo bakterije, znatno zmanjšalo tveganje za njihovo širjenje med bolniki, kar bi povzročilo krajše hospitalizacije, manj bolezni in manj smrtnih primerov.
On in njegova ekipa verjameta, da bi en sam filter LIG, ki je bil izdelan po meri, lahko nadomestil dva filtra, ki ju morata bolnišnici trenutno namestiti v svoje prezračevalne sisteme, da bi izpolnjevali zvezne predpise.
V svojem študijskem prispevku raziskovalci opisujejo, kako so testirali filter LIG z uporabo komercialnega sistema za vakuumsko filtriranje zraka, ki deluje tako, da sesa zrak s hitrostjo 10 litrov na minuto.
Test so izvajali 90 ur, ne da bi se ustavili.Rezultati so pokazali, da je metoda ogrevanja uspela sterilizirati filtre vseh patogenov in njihovih stranskih produktov.
Potencialno dolgotrajnejši zračni filter
Na testih gojenja je ekipa ugotovila tudi, da bakterije niso prešle skozi filter LIG. Preizkusi so vključevali gojenje bakterij na membrani po filtru.
Raziskovalci so tudi rabljene filtre inkubirali 130 ur po 90 urah uporabe in jih pregledali. Rezultate so primerjali z rezultati inkubiranih filtrov, ki niso bili ogrevani.
Rezultati so pokazali, da uporabljeni LIG-filtri, ki so bili večkrat ogrevani do temperature nad 300 ° C, med inkubacijo niso obnavljali bakterij. Pri neogrevanih LIG filtrih ni bilo tako.
Skupina predlaga, da bi sposobnost samo-sterilizacije filtrom LIG lahko podaljšala življenjsko dobo, tako da jih uporabnikom ne bi bilo treba zamenjati tako pogosto kot običajnim zračnim filtrom.
Profesor Tour predvideva tudi uporabo filtrov LIG na komercialnih letalih.
"Svet že dolgo potrebuje pristop za ublažitev prenosa patogenov v zraku in z njimi povezanih škodljivih proizvodov."
Profesor James M. Tour
