Grafenski zračni filtar zarobljava i ubija bakterije
Znanstvenici su razvili sterilizirajući grafenski filtar koji mikrobe i njihove štetne proizvode hvata iz zraka i uništava. Oni predviđaju da će uređaj biti koristan u bolnicama i drugim zdravstvenim ustanovama.
Svake godine oko 1 od 25 pacijenata u Sjedinjenim Državama stekne barem jednu infekciju zbog bolničke njege, prema Centrima za kontrolu i prevenciju bolesti (CDC).
Nedavni rad u časopisu ACS Nano opisuje samo-sterilizirajući grafenski filter i kako se ponašao u testovima.
Uređaj je zamišljen kao stariji autor studije dr. James M. Tour i njegov tim sa Sveučilišta Rice u Houstonu, TX, gdje Tour ima profesore iz znanosti o materijalima i nanotehnike, kao i iz kemije i informatike.
"Toliko pacijenata zarazi se bakterijama i njihovim metaboličkim proizvodima, što, na primjer, može rezultirati sepsom dok je u bolnici", kaže prof. Tour.
Filtar uključuje tehnologiju laserski induciranog grafena (LIG). Grafen je oblik ugljika koji je izuzetno tanak, vrlo jak i sposoban provoditi električnu energiju.
Grafen ima brojne primjene, koje se, osim medicine, mogu kretati od digitalne elektronike do svemirskog inženjerstva.
Samo-sterilizirajući zračni filtar od grafena
LIG je porozna grafenska pjena koja nastaje kada industrijski laserski rezač zagrije površinu lima polimimida, uobičajenog polimera visoke čvrstoće.
Otkako su prof. Tour i njegov tim 2014. godine otkrili postupak izrade LIG-a, nastao je mnogim aplikacijama, od elektronike do umjetnosti.
Tim je otkrio da LIG mogu prilagoditi za upotrebu kao filtar stvaranjem grafena na obje strane poliimida. Ovo stvara tanku - ali jaku - 3D rešetku polimera koja pojačava grafensku pjenu.
Na kraju su otkrili da bi mogli sagraditi filtar koji sadrži guste šume vodljivih vlakana grafena na slojevima isprepletenih ploča.
Zbog svoje strukture, pjenasti filtar može hvatati mikroorganizme, poput bakterija i gljivica, zajedno s ostalim onečišćenjima u zraku, poput spora, priona i raznih otrovnih spojeva koji su prisutni u aerosolima, kapljicama i česticama.
Filter zarobljava i uništava ono što uhvati povremenim zagrijavanjem do temperature od 350 ° C (660 ° F) kao rezultat prolaska električne energije kroz njega. Za postizanje ove temperature ne treba puno snage, a potrebno je samo nekoliko sekundi da se ponovno ohladi.
Uništava štetne molekule
Temperatura od 350 ° C dovoljno je vruća da ubija mikroorganizme i sve nusproizvode koji bi mogli hraniti nove mikrobe, kao i sve "molekule koje mogu uzrokovati štetne biološke reakcije i bolesti", napominju autori.
"Te molekule uključuju pirogene, alergene, egzotoksine, endotoksine, mikotoksine, nukleinske kiseline i prione", dodaju.
"Trebamo više metoda", objašnjava prof. Tour, "za borbu protiv zračnog prijenosa ne samo bakterija već i njihovih produkata koji mogu izazvati ozbiljne reakcije kod pacijenata."
"Neki od tih proizvoda, poput endotoksina, moraju biti izloženi temperaturama od 300 ° C kako bi ih deaktivirali", dodaje.
Profesor Tour sugerira da bi uništavanje molekula koje proizvode bakterije značajno smanjilo rizik od njihovog širenja među pacijentima, što bi rezultiralo kraćim hospitalizacijama, manje bolesti i manje smrtnih slučajeva.
On i njegov tim vjeruju da bi jedan LIG filtar izrađen po mjeri mogao zamijeniti dva filtra koja bolnice trenutačno moraju instalirati u svoje ventilacijske sustave kako bi udovoljili saveznim propisima.
U svom studijskom radu istraživači opisuju kako su testirali LIG filter koristeći komercijalni sustav vakuumske filtracije zraka koji djeluje usisavanjem zraka brzinom od 10 litara u minuti.
Test su provodili 90 sati bez prestanka.Rezultati su pokazali da je metoda zagrijavanja uspjela sterilizirati filtre svih patogena i njihovih nusproizvoda.
Potencijalno dugotrajniji zračni filtar
Iz testova uzgoja, tim je također otkrio da bakterije nisu prošle kroz LIG filter. Testovi su uključivali uzgoj bakterija na membrani nizvodno od filtra.
Istraživači su također inkubirali korištene filtere 130 sati nakon 90 sati korištenja i pregledali ih. Usporedili su rezultate s rezultatima inkubiranih filtara koji nisu podvrgnuti nikakvom zagrijavanju.
Rezultati su pokazali da korišteni LIG filtri, koji su se opetovano napadali do temperatura iznad 300 ° C, tijekom inkubacije nisu ponovno razvili bakterije. To nije bio slučaj s negrijanim LIG filtrima.
Tim sugerira da bi sposobnost samosterilizacije mogla LIG filtrima pružiti duži životni vijek, tako da ih korisnici ne bi trebali mijenjati toliko često kao uobičajeni filtri za zrak.
Prof. Tour također predviđa upotrebu LIG filtara u komercijalnim zrakoplovima.
"Svijet je odavno trebao neki pristup za ublažavanje zračnog prijenosa patogena i njihovih srodnih štetnih proizvoda."
Prof. James M. Tour
