Grafénový vzduchový filter zachytáva a ničí baktérie

Vedci vyvinuli sterilizačný grafénový filter, ktorý zachytáva mikróby a ich škodlivé produkty zo vzduchu a ničí ich. Predpokladajú, že zariadenie bude užitočné v nemocniciach a iných zdravotníckych zariadeniach.

Vedci možno našli spôsob, ako v nemocničnom prostredí chytiť a zabiť baktérie.

Podľa Centra pre kontrolu a prevenciu chorôb (CDC) každý rok približne 1 z 25 pacientov v Spojených štátoch získa najmenej jednu infekciu v dôsledku nemocničnej starostlivosti.

Nedávny príspevok v časopise ACS Nano popisuje auto-sterilizačný grafénový filter a jeho výkon pri testoch.

Toto zariadenie je duchovným dieťaťom hlavného autora štúdie James M. Tour, Ph.D., a jeho tímu na Rice University v Houstone TX, kde je Tour profesorom v odbore materiálových vied a nanoinžinierstva, chémie a informatiky.

„Toľko pacientov je infikovaných baktériami a ich metabolickými produktmi, ktoré môžu napríklad viesť k sepse počas pobytu v nemocnici,“ hovorí Prof. Tour.

Filter obsahuje technológiu laserom indukovaného grafénu (LIG). Grafén je forma uhlíka, ktorá je extrémne tenká, veľmi silná a schopná viesť elektrinu.

Graphene má veľa aplikácií, ktoré sa okrem medicíny môžu pohybovať od digitálnej elektroniky až po letecké a kozmické inžinierstvo.

Samo-sterilizačný grafénový vzduchový filter

LIG je porézna grafénová pena, ktorá sa tvorí, keď priemyselná laserová rezačka zahrieva povrch fólie z polyimidu, bežného vysoko pevného polyméru.

Odkedy profesor Tour a jeho tím objavili proces výroby LIG v roku 2014, priniesol vznik mnohých aplikácií od elektroniky po umenie.

Tím zistil, že môžu prispôsobiť LIG na použitie ako filter vytvorením grafénu na oboch stranách polyimidu. Tak sa vytvorí tenká, ale pevná 3D mriežka polyméru, ktorá vystužuje grafénovú penu.

Nakoniec zistili, že na posteliach prekladaných listov môžu postaviť filter pozostávajúci z hustých lesov vodivých grafénových vlákien.

Vďaka svojej štruktúre môže penový filter zachytávať mikroorganizmy, ako sú baktérie a plesne, spolu s ďalšími nečistotami prenášanými vzduchom, ako sú spóry, prióny a rôzne toxické zlúčeniny, ktoré sú prítomné v aerosóloch, kvapkách a časticiach.

Filter zachytáva a ničí to, čo zachytáva, pravidelným ohrievaním na teplotu 350 ° C (660 ° F) v dôsledku prechodu elektriny. Na dosiahnutie tejto teploty nepotrebuje veľa energie a opätovné ochladenie trvá len pár sekúnd.

Ničí škodlivé molekuly

Teplota 350 ° C je dostatočne vysoká na to, aby zabíjala mikroorganizmy a akékoľvek vedľajšie produkty, ktoré by mohli živiť nové mikróby, ako aj všetky „molekuly, ktoré môžu spôsobovať nepriaznivé biologické reakcie a choroby,“ uvádzajú autori.

„Medzi tieto molekuly patria pyrogény, alergény, exotoxíny, endotoxíny, mykotoxíny, nukleové kyseliny a prióny,“ dodávajú.

„Potrebujeme viac metód,“ vysvetľuje profesor Tour, „na boj vzdušným prenosom nielen baktérií, ale aj ich následných produktov, ktoré môžu medzi pacientmi spôsobiť závažné reakcie.“

„Niektoré z týchto produktov, ako napríklad endotoxíny, je potrebné vystaviť teplotám 300 ° C, aby sa deaktivovali,“ dodáva.

Prof. Tour naznačuje, že zničenie molekúl produkujúcich baktérie by významne znížilo riziko ich šírenia medzi pacientmi, čo by malo za následok kratšie hospitalizácie, menej chorôb a menej úmrtí.

On a jeho tím veria, že jediný na mieru vyrobený filter LIG by mohol nahradiť dva filtre, ktoré musia nemocnice v súčasnosti inštalovať do svojich ventilačných systémov, aby vyhovovali federálnym predpisom.

Vo svojom študijnom príspevku vedci popisujú, ako testovali filter LIG pomocou komerčného vákuového filtračného systému vzduchu, ktorý funguje nasávaním vzduchu rýchlosťou 10 litrov za minútu.

Test absolvovali bez zastavenia 90 hodín.Výsledky ukázali, že metódou zahrievania sa podarilo sterilizovať filtre všetkých patogénov a ich vedľajších produktov.

Potenciálne dlhšie trvajúci vzduchový filter

Z kultivačných testov tím tiež zistil, že baktérie neprešli filtrom LIG. Testy zahŕňali kultiváciu baktérií na membráne za filtrom.

Vedci tiež inkubovali použité filtre 130 hodín po 90 hodinách používania a preskúmali ich. Porovnali výsledky s výsledkami inkubovaných filtrov, ktoré neboli nijako zahrievané.

Výsledky ukázali, že použité filtre LIG, ktoré opakovane vyhrievali na teploty nad 300 ° C, neprerástli počas inkubácie žiadne baktérie. To nebol prípad nevyhrievaných filtrov LIG.

Tím naznačuje, že schopnosť samo-sterilizácie by mohla filtrom LIG predĺžiť životnosť, takže používatelia by ich nemuseli vymieňať tak často ako konvenčnejšie vzduchové filtre.

Prof. Tour tiež predpokladá použitie filtrov LIG v komerčných lietadlách.

„Svet už dlho potrebuje určitý prístup na zmiernenie vzdušného prenosu patogénov a ich škodlivých produktov.“

Profesor James M. Tour

none:  Infekcie močových ciest biológia - biochémia farmaceutický priemysel - biotechnologický priemysel