Το φίλτρο αέρα Graphene παγιδεύει και σκοτώνει βακτήρια
Οι επιστήμονες έχουν αναπτύξει ένα αποστειρωτικό φίλτρο γραφενίου που συλλαμβάνει τα μικρόβια και τα επιβλαβή προϊόντα τους από τον αέρα και τα καταστρέφει. Θεωρούν ότι η συσκευή είναι χρήσιμη σε νοσοκομεία και σε άλλες υπηρεσίες υγειονομικής περίθαλψης.
Κάθε χρόνο, περίπου 1 στους 25 ασθενείς στις Ηνωμένες Πολιτείες λαμβάνουν τουλάχιστον μία μόλυνση λόγω νοσοκομειακής περίθαλψης, σύμφωνα με τα Κέντρα Ελέγχου και Πρόληψης Νοσημάτων (CDC).
Ένα πρόσφατο άρθρο στο περιοδικό ACS Νάνο περιγράφει το αυτο-αποστειρωμένο φίλτρο γραφενίου και τον τρόπο απόδοσής του σε δοκιμές.
Η συσκευή είναι το πνευματικό τέκνο του ανώτερου συγγραφέα της μελέτης James M. Tour, Ph.D., και η ομάδα του στο Πανεπιστήμιο Rice στο Χιούστον TX, όπου ο Tour κατέχει καθηγητές στην επιστήμη υλικών και τη νανομηχανική, καθώς και τη χημεία και την επιστήμη των υπολογιστών.
«Τόσοι πολλοί ασθενείς μολύνονται από βακτήρια και τα μεταβολικά τους προϊόντα, τα οποία, για παράδειγμα, μπορούν να οδηγήσουν σε σήψη ενώ βρίσκονται στο νοσοκομείο», λέει ο καθηγητής Tour.
Το φίλτρο ενσωματώνει τεχνολογία γραφενίου που προκαλείται από λέιζερ (LIG). Το Graphene είναι μια μορφή άνθρακα που είναι εξαιρετικά λεπτή, πολύ ισχυρή και ικανή να μεταφέρει ηλεκτρισμό.
Το Graphene έχει πολλές εφαρμογές, οι οποίες, εκτός από την ιατρική, μπορούν να κυμαίνονται από ψηφιακά ηλεκτρονικά έως αεροδιαστημική μηχανική.
Αυτο-αποστειρωμένο φίλτρο αέρα γραφενίου
Το LIG είναι ένας πορώδης αφρός γραφενίου που σχηματίζεται όταν ένας βιομηχανικός κόπτης λέιζερ θερμαίνει την επιφάνεια ενός φύλλου πολυϊμιδίου, ενός κοινού πολυμερούς υψηλής αντοχής.
Από τότε που ο καθηγητής Tour και η ομάδα του ανακάλυψαν τη διαδικασία δημιουργίας LIG το 2014, έχει δημιουργήσει πολλές εφαρμογές που κυμαίνονται από ηλεκτρονικά έως τέχνη.
Η ομάδα διαπίστωσε ότι θα μπορούσαν να προσαρμόσουν το LIG για χρήση ως φίλτρο σχηματίζοντας γραφένιο και στις δύο πλευρές του πολυϊμιδίου. Αυτό παράγει ένα λεπτό - αλλά ισχυρό - πλέγμα 3D του πολυμερούς που ενισχύει τον αφρό γραφενίου.
Τελικά, ανακάλυψαν ότι θα μπορούσαν να χτίσουν ένα φίλτρο που περιλαμβάνει πυκνά δάση αγώγιμων ινών γραφενίου σε κρεβάτια με ενδιάμεσα φύλλα.
Λόγω της δομής του, το φίλτρο αφρού μπορεί να συλλάβει μικροοργανισμούς, όπως βακτήρια και μύκητες, μαζί με άλλους αερομεταφερόμενους ρύπους, όπως σπόρια, πριόνια και διάφορες τοξικές ενώσεις που υπάρχουν σε αερολύματα, σταγονίδια και σωματίδια.
Το φίλτρο παγιδεύει και καταστρέφει αυτό που συλλαμβάνει με περιοδική θέρμανση σε θερμοκρασία 350 ° C (660 ° F) ως αποτέλεσμα της ηλεκτρικής ενέργειας που διέρχεται από αυτό. Δεν χρειάζεται πολλή ισχύ για να φτάσει αυτή τη θερμοκρασία και χρειάζεται μόνο λίγα δευτερόλεπτα για να κρυώσει ξανά.
Καταστρέφει επιβλαβή μόρια
Η θερμοκρασία των 350 ° C είναι αρκετά ζεστή για να σκοτώσει μικροοργανισμούς και τυχόν υποπροϊόντα που θα μπορούσαν να τροφοδοτήσουν νέα μικρόβια, καθώς και τυχόν «μόρια που μπορούν να προκαλέσουν ανεπιθύμητες βιολογικές αντιδράσεις και ασθένειες», σημειώνουν οι συγγραφείς.
«Αυτά τα μόρια περιλαμβάνουν πυρετογόνα, αλλεργιογόνα, εξωτοξίνες, ενδοτοξίνες, μυκοτοξίνες, νουκλεϊκά οξέα και πρίον», προσθέτουν.
«Χρειαζόμαστε περισσότερες μεθόδους», εξηγεί ο καθηγητής Tour, «για την καταπολέμηση της μεταφοράς αερομεταφερόμενων όχι μόνο των βακτηρίων αλλά και των προϊόντων της κατάντη τους, τα οποία μπορούν να προκαλέσουν σοβαρές αντιδράσεις μεταξύ των ασθενών».
«Ορισμένα από αυτά τα προϊόντα, όπως οι ενδοτοξίνες, πρέπει να εκτεθούν σε θερμοκρασίες 300 ° C για να τα απενεργοποιήσουν», προσθέτει.
Ο καθηγητής Tour προτείνει ότι η καταστροφή μορίων που παράγουν βακτήρια θα μειώσει σημαντικά τον κίνδυνο εξάπλωσής τους μεταξύ των ασθενών, με αποτέλεσμα μικρότερες νοσηλείες, λιγότερη ασθένεια και λιγότερους θανάτους.
Αυτός και η ομάδα του πιστεύουν ότι ένα μοναδικό φίλτρο LIG θα μπορούσε να αντικαταστήσει τα δύο φίλτρα που τα νοσοκομεία πρέπει να εγκαταστήσουν στα συστήματα εξαερισμού τους για να συμμορφωθούν με τους ομοσπονδιακούς κανονισμούς.
Στο έγγραφο μελέτης τους, οι ερευνητές περιγράφουν πώς δοκίμασαν το φίλτρο LIG χρησιμοποιώντας ένα εμπορικό σύστημα φιλτραρίσματος αέρα κενού που λειτουργεί πιπιλίζοντας αέρα με ρυθμό 10 λίτρων ανά λεπτό.
Έκανε το τεστ για 90 ώρες χωρίς διακοπή.Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η μέθοδος θέρμανσης πέτυχε να αποστειρώσει τα φίλτρα όλων των παθογόνων και των υποπροϊόντων τους.
Δυνητικά μακράς διάρκειας φίλτρο αέρα
Από τις δοκιμές καλλιέργειας, η ομάδα διαπίστωσε επίσης ότι τα βακτήρια δεν διήλθαν από το φίλτρο LIG. Οι δοκιμές περιελάμβαναν καλλιέργεια βακτηρίων σε μια μεμβράνη κατάντη του φίλτρου.
Οι ερευνητές επωάστηκαν επίσης χρησιμοποιημένα φίλτρα για 130 ώρες μετά τις 90 ώρες χρήσης και τα εξέτασαν. Συγκρίνουν τα αποτελέσματα με εκείνα των επωασμένων φίλτρων που δεν είχαν υποστεί θέρμανση.
Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα χρησιμοποιημένα φίλτρα LIG, τα οποία είχαν υποστεί επαναλαμβανόμενες περιόδους θέρμανσης σε θερμοκρασίες πάνω από 300 ° C, δεν είχαν επανεμφανίσει βακτήρια κατά την επώαση. Αυτό δεν συνέβη με τα μη θερμαινόμενα φίλτρα LIG.
Η ομάδα προτείνει ότι η ικανότητα αυτο-αποστείρωσης θα μπορούσε να δώσει στα φίλτρα LIG μεγαλύτερη διάρκεια ζωής, ώστε οι χρήστες να μην χρειάζεται να τα αντικαθιστούν τόσο συχνά όσο τα πιο συμβατικά φίλτρα αέρα.
Ο καθηγητής Tour προβλέπει επίσης χρήση για φίλτρα LIG σε εμπορικά αεροπλάνα.
«Ο κόσμος έχει από καιρό χρειαστεί κάποια προσέγγιση για να μετριάσει την αερομεταφερόμενη μεταφορά παθογόνων και τα σχετικά επιβλαβή προϊόντα τους».
Καθ. James M. Tour
