Grafenový vzduchový filtr zachycuje a ničí bakterie
Vědci vyvinuli sterilizační grafenový filtr, který zachycuje mikroby a jejich škodlivé produkty ze vzduchu a ničí je. Předpokládají, že zařízení bude užitečné v nemocnicích a jiných zdravotnických zařízeních.
Podle Centra pro kontrolu a prevenci nemocí (CDC) každý rok přibližně 1 z 25 pacientů ve Spojených státech získá alespoň jednu infekci kvůli nemocniční péči.
Nedávný příspěvek v časopise ACS Nano popisuje samo-sterilizační grafenový filtr a jeho výkon v testech.
Zařízení je duchovním dítětem hlavního autora studie Jamese M. Tour, Ph.D., a jeho týmu na Rice University v Houstonu TX, kde Tour má profesury v oboru materiálových věd a nanoinženýrství, chemie a počítačové vědy.
"Tolik pacientů se nakazí bakteriemi a jejich metabolickými produkty, což může například vést k sepse v nemocnici," říká Prof. Tour.
Filtr obsahuje technologii laserem indukovaného grafenu (LIG). Grafen je forma uhlíku, která je extrémně tenká, velmi silná a schopná vést elektřinu.
Graphene má mnoho aplikací, které se kromě medicíny mohou pohybovat od digitální elektroniky až po letecké a kosmické inženýrství.
Samo-sterilizační grafenový vzduchový filtr
LIG je porézní grafenová pěna, která se tvoří, když průmyslová laserová řezačka ohřívá povrch listu polyimidu, běžného vysoce pevného polymeru.
Vzhledem k tomu, že Prof. Tour a jeho tým v roce 2014 objevili proces výroby LIG, vedlo to k mnoha aplikacím od elektroniky po umění.
Tým zjistil, že mohou přizpůsobit LIG pro použití jako filtr vytvořením grafenu na obou stranách polyimidu. To vytváří tenkou, ale silnou 3D mřížku polymeru, která posiluje grafenovou pěnu.
Nakonec zjistili, že na postelích prokládaných archů mohou postavit filtr obsahující husté lesy vodivých grafenových vláken.
Díky své struktuře může pěnový filtr zachycovat mikroorganismy, jako jsou bakterie a houby, spolu s dalšími ve vzduchu se vyskytujícími nečistotami, jako jsou spory, priony a různé toxické sloučeniny, které jsou přítomny v aerosolech, kapičkách a částicích.
Filtr zachycuje a ničí to, co zachytí, pravidelným zahříváním na teplotu 350 ° C (660 ° F) v důsledku průchodu elektřiny. K dosažení této teploty nepotřebuje moc energie a opětovné vychladnutí trvá jen několik sekund.
Ničí škodlivé molekuly
Teplota 350 ° C je dostatečně horká, aby zabila mikroorganismy a jakékoli vedlejší produkty, které by mohly krmit nové mikroby, stejně jako jakékoli „molekuly, které mohou způsobit nepříznivé biologické reakce a nemoci,“ poznamenávají autoři.
"Mezi tyto molekuly patří pyrogeny, alergeny, exotoxiny, endotoxiny, mykotoxiny, nukleové kyseliny a priony," dodávají.
„Potřebujeme více metod,“ vysvětluje profesor Tour, „k boji vzdušným přenosem nejen bakterií, ale také jejich následných produktů, což může u pacientů způsobit závažné reakce.“
"Některé z těchto produktů, jako jsou endotoxiny, musí být vystaveny teplotám 300 ° C, aby je deaktivovaly," dodává.
Prof. Tour navrhuje, že zničení molekul produkujících bakterie by významně snížilo riziko jejich šíření mezi pacienty, což by vedlo ke kratší hospitalizaci, menší nemoci a méně úmrtí.
On a jeho tým věří, že jediný filtr LIG na zakázku by mohl nahradit dva filtry, které nemocnice v současné době musí instalovat do svých ventilačních systémů, aby vyhověly federálním předpisům.
Ve svém studijním článku vědci popisují, jak testovali filtr LIG pomocí komerčního vakuového systému filtrace vzduchu, který pracuje nasáváním vzduchu rychlostí 10 litrů za minutu.
Test provedli 90 hodin bez zastavení.Výsledky ukázaly, že metodou zahřívání se podařilo sterilizovat filtry všech patogenů a jejich vedlejších produktů.
Potenciálně delší životnost vzduchového filtru
Z kultivačních testů tým také zjistil, že bakterie neprošly filtrem LIG. Testy zahrnovaly kultivaci bakterií na membráně za filtrem.
Vědci také inkubovali použité filtry 130 hodin po 90 hodinách používání a zkoumali je. Porovnali výsledky s výsledky inkubovaných filtrů, které nebyly podrobeny žádnému zahřívání.
Výsledky ukázaly, že použité filtry LIG, které prošly opakovaným zahříváním na teploty nad 300 ° C, během inkubace znovu nenarostly žádné bakterie. To nebyl případ nevyhřívaných filtrů LIG.
Tým naznačuje, že schopnost samol sterilizace by mohla poskytnout filtrům LIG delší životnost, takže uživatelé by je nemuseli vyměňovat tak často jako konvenčnější vzduchové filtry.
Prof. Tour rovněž předpokládá použití filtrů LIG v komerčních letadlech.
"Svět již dlouho potřebuje určitý přístup ke zmírnění přenosu patogenů a jejich škodlivých produktů ve vzduchu."
Profesor James M. Tour
