Графенният въздушен филтър улавя и убива бактериите
Учените са разработили стерилизиращ графенов филтър, който улавя микробите и техните вредни продукти от въздуха и ги унищожава. Те предвиждат устройството да бъде полезно в болници и други здравни заведения.
Всяка година около 1 от 25 пациенти в Съединените щати придобиват поне една инфекция поради болнична помощ, според Центровете за контрол и превенция на заболяванията (CDC).
Скорошна статия в списанието ACS Nano описва самостерилизиращия се графенов филтър и как се е представил при тестове.
Устройството е плод на идеята на д-р Джеймс М. Тур, д-р Джеймс М. Тур, и неговия екип от университета Райс в Хюстън, Тексас, където Тур притежава професура по материалознание и наноинженерство, както и по химия и компютърни науки.
„Толкова много пациенти се заразяват от бактерии и техните метаболитни продукти, което например може да доведе до сепсис, докато е в болница“, казва проф. Тур.
Филтърът включва технология с лазерно индуциран графен (LIG). Графенът е форма на въглерод, която е изключително тънка, много здрава и способна да провежда електричество.
Графенът има много приложения, които в допълнение към медицината могат да варират от цифрова електроника до космическо инженерство.
Самостерилизиращ се графенов въздушен филтър
LIG е пореста графенова пяна, която се образува, когато индустриален лазерен нож загрява повърхността на лист от полиимид, обикновен полимер с висока якост.
Откакто проф. Тур и неговият екип откриха процеса за създаване на LIG през 2014 г., това породи много приложения, вариращи от електроника до изкуство.
Екипът установи, че могат да адаптират LIG за използване като филтър, като образуват графен от двете страни на полиимида. Това създава тънка, но здрава 3D решетка на полимера, която подсилва графеновата пяна.
В крайна сметка те открили, че могат да построят филтър, съдържащ гъсти гори от проводими графенови влакна върху легла от преплетени листове.
Поради своята структура, пяна филтър може да улавя микроорганизми, като бактерии и гъби, заедно с други замърсители във въздуха, като спори, приони и различни токсични съединения, които присъстват в аерозоли, капчици и частици.
Филтърът улавя и разрушава това, което улавя, като периодично се загрява до температура от 350 ° C (660 ° F) в резултат на преминаване на електричество през него. Не се нуждае от много мощност, за да достигне тази температура и отнема само няколко секунди, за да се охлади отново.
Унищожава вредните молекули
Температурата от 350 ° C е достатъчно висока, за да убие микроорганизми и всякакви странични продукти, които могат да хранят нови микроби, както и всякакви „молекули, които могат да причинят неблагоприятни биологични реакции и заболявания“, отбелязват авторите.
„Тези молекули включват пирогени, алергени, екзотоксини, ендотоксини, микотоксини, нуклеинови киселини и приони“, добавят те.
„Нуждаем се от повече методи“, обяснява проф. Тур, „за борба с въздушния трансфер не само на бактерии, но и на техните продукти надолу по веригата, които могат да предизвикат тежки реакции сред пациентите.“
„Някои от тези продукти, като ендотоксини, трябва да бъдат изложени на температури от 300 ° C, за да ги деактивират“, добавя той.
Проф. Тур предполага, че унищожаването на молекулите, произвеждащи бактерии, би намалило значително риска от тяхното разпространение сред пациентите, което би довело до по-кратки хоспитализации, по-малко болести и по-малко смъртни случаи.
Той и неговият екип вярват, че един-единствено създаден LIG филтър може да замени двата филтъра, които болниците в момента трябва да инсталират във своите вентилационни системи, за да се съобразят с федералните разпоредби.
В своя учебен документ изследователите описват как тестват LIG филтъра, използвайки търговска вакуумна система за филтриране на въздуха, която работи чрез засмукване на въздух със скорост 10 литра в минута.
Тестваха теста в продължение на 90 часа, без да спират.Резултатите показаха, че методът на нагряване успя да стерилизира филтрите на всички патогени и техните странични продукти.
Потенциално по-дълготраен въздушен филтър
От тестовете за култивиране екипът също установи, че бактериите не преминават през LIG филтъра. Тестовете включват култивиране на бактерии върху мембрана след филтъра.
Изследователите също инкубират използвани филтри за 130 часа след 90-те часа на употреба и ги изследват. Те сравняват резултатите с тези на инкубираните филтри, които не са били подложени на нагряване.
Резултатите показаха, че използваните LIG филтри, които са претърпели многократни пристъпи на нагряване до температури над 300 ° C, не са възродили никакви бактерии по време на инкубацията. Това не беше случаят с неотопляемите LIG филтри.
Екипът предполага, че способността за самостерилизация може да даде на LIG филтрите по-дълъг живот, така че потребителите да не се налага да ги сменят толкова често, колкото по-конвенционалните въздушни филтри.
Проф. Тур също предвижда използването на LIG филтри в търговски самолети.
„Светът отдавна се нуждае от някакъв подход за смекчаване на въздушния трансфер на патогени и свързаните с тях вредни продукти.“
Проф. Джеймс М. Тур
