Grafēna gaisa filtrs aiztur un iznīcina baktērijas
Zinātnieki ir izstrādājuši sterilizējošu grafēna filtru, kas uztver mikrobus un to kaitīgos produktus no gaisa un iznīcina tos. Viņi paredz, ka ierīce būs noderīga slimnīcās un citās veselības aprūpes iestādēs.
Saskaņā ar Slimību profilakses un kontroles centra (CDC) datiem katru gadu aptuveni 1 no 25 pacientiem Amerikas Savienotajās Valstīs slimnīcas aprūpes dēļ iegūst vismaz vienu infekciju.
Nesenais žurnāla darbs ACS Nano apraksta pašsterilizējošo grafēna filtru un tā darbību testos.
Šī ierīce ir pētījuma vecākā autora Džeimsa M. Tura (Ph.D.) un viņa komandas ideja Rīsa universitātē Hjūstonā, TX, kur Tūrs ir profesors materiālu zinātnē un nanoinženierijā, kā arī ķīmijā un datorzinātnēs.
"Tik daudz pacientu inficējas ar baktērijām un to vielmaiņas produktiem, kas, piemēram, slimnīcā var izraisīt sepsi," saka prof. Tūre.
Filtrā ir iekļauta lāzera inducētās grafēna (LIG) tehnoloģija. Grafēns ir oglekļa forma, kas ir ārkārtīgi plāna, ļoti spēcīga un spēj vadīt elektrību.
Grafēnam ir daudz lietojumu, kas papildus medicīnai var būt no digitālās elektronikas līdz kosmosa inženierijai.
Pašsterilizējošs grafēna gaisa filtrs
LIG ir porainas grafēna putas, kas veidojas, kad rūpnieciskais lāzera griezējs silda poliimīda loksnes virsmu, kas ir parasts augstas stiprības polimērs.
Kopš prof. Tūrs un viņa komanda 2014. gadā atklāja LIG izgatavošanas procesu, tas ir radījis daudz lietojumu, sākot no elektronikas līdz mākslai.
Komanda atklāja, ka viņi var pielāgot LIG lietošanai kā filtru, veidojot grafēnu abās poliimīda pusēs. Tas rada plānu, bet spēcīgu, polimēra 3D režģi, kas pastiprina grafēna putas.
Galu galā viņi atklāja, ka viņi varēja uzbūvēt filtru, kas sastāv no bieziem mežiem no vadošām grafēna šķiedrām uz starpslāņu lokšņu gultām.
Putu filtrs savas struktūras dēļ var uztvert mikroorganismus, piemēram, baktērijas un sēnītes, kā arī citus gaisā esošus piesārņotājus, piemēram, sporas, prionus un dažādus toksiskus savienojumus, kas atrodas aerosolos, pilieniņos un daļiņās.
Filtrs notver un iznīcina to, ko tas uztver, periodiski sakarstot līdz 350 ° C (660 ° F) temperatūrai elektrības caurlaides rezultātā. Lai sasniegtu šo temperatūru, nav nepieciešams daudz enerģijas, un, lai atkal atdzistu, nepieciešamas tikai dažas sekundes.
Iznīcina kaitīgās molekulas
350 ° C temperatūra ir pietiekami karsta, lai iznīcinātu mikroorganismus un visus blakusproduktus, kas varētu barot jaunus mikrobus, kā arī visas “molekulas, kas var izraisīt nelabvēlīgas bioloģiskas reakcijas un slimības”, atzīmē autori.
"Šīs molekulas ietver pirogēnus, alergēnus, eksotoksīnus, endotoksīnus, mikotoksīnus, nukleīnskābes un prionus," viņi piebilst.
"Mums vajag vairāk metožu," skaidro prof. Tūre, "lai apkarotu ne tikai baktēriju, bet arī to pakārtoto produktu pārnešanu gaisā, kas pacientiem var izraisīt smagas reakcijas."
"Daži no šiem produktiem, piemēram, endotoksīni, jāaktivizē 300 ° C temperatūrā, lai tos deaktivizētu," viņš piebilst.
Prof. Tūre ierosina, ka baktērijas ražojošo molekulu iznīcināšana ievērojami samazinātu risku, ka tās izplatīsies starp pacientiem, kā rezultātā īsāks hospitalizāciju skaits, mazāk slimību un mazāk nāves gadījumu.
Viņš un viņa komanda uzskata, ka viens pēc pasūtījuma izgatavots LIG filtrs varētu aizstāt divus filtrus, kas slimnīcām pašlaik jāinstalē ventilācijas sistēmās, lai ievērotu federālos noteikumus.
Pētījumā pētnieki apraksta, kā viņi pārbaudīja LIG filtru, izmantojot komerciālu vakuuma gaisa filtrēšanas sistēmu, kas darbojas, iesūcot gaisu ar ātrumu 10 litri minūtē.
Viņi testu veica 90 stundas bez apstājas.Rezultāti parādīja, ka sildīšanas metodei izdevās sterilizēt visu patogēnu un to blakusproduktu filtrus.
Potenciāli ilgāks gaisa filtrs
Veicot kultivēšanas testus, komanda arī atklāja, ka baktērijas neiziet cauri LIG filtram. Testi ietvēra baktēriju kultivēšanu membrānā zem filtra.
Pētnieki arī inkubēja lietotos filtrus 130 stundas pēc 90 stundu lietošanas un tos pārbaudīja. Viņi salīdzināja rezultātus ar inkubēto filtru rezultātiem, kuri nebija nekādi sildīti.
Rezultāti parādīja, ka izmantotie LIG filtri, kas atkārtoti tika sasildīti līdz temperatūrai virs 300 ° C, inkubācijas laikā nebija atauguši nevienā baktērijā. Tas nebija gadījumā ar neapsildītiem LIG filtriem.
Komanda iesaka, ka spēja pašsterilizēties varētu nodrošināt LIG filtru ilgāku kalpošanas laiku, lai lietotājiem nebūtu nepieciešams tos nomainīt tik bieži kā parastākos gaisa filtrus.
Prof. Tour arī paredz izmantot LIG filtrus komerciālajās lidmašīnās.
"Pasaulei jau sen ir vajadzīga zināma pieeja, lai mazinātu patogēnu un ar tiem saistīto kaitīgo produktu pārnešanu gaisā."
Prof. Džeimss M. Tūrs
