Grafeeni-ilmansuodatin vangitsee ja tappaa bakteerit
Tutkijat ovat kehittäneet sterilointigrafeenisuodattimen, joka sieppaa mikrobit ja niiden haitalliset tuotteet ilmasta ja tuhoaa ne. He ajattelevat laitteen olevan hyödyllinen sairaaloissa ja muissa terveydenhuollon ympäristöissä.
Vuosittain noin yksi 25 potilaasta Yhdysvalloissa saa vähintään yhden infektion sairaalahoidon vuoksi tautien torjunnan ja ehkäisyn keskusten (CDC) mukaan.
Tuore lehti lehdessä ACS Nano kuvaa itsesteriilisyvän grafeenisuodattimen ja kuinka se suoriutui testeissä.
Laite on tutkimuksen vanhempi kirjailija James M. Tour, Ph.D., ja hänen tiiminsä ideoita Rice-yliopistossa Houstonissa, TX, jossa Tourilla on professuurit materiaalitieteessä ja nanotekniikassa sekä kemiassa ja tietojenkäsittelytieteessä.
"Niin monille potilaille tarttuu bakteerit ja niiden aineenvaihduntatuotteet, mikä voi esimerkiksi johtaa sepsiksen ollessaan sairaalassa", sanoo professori Tour.
Suodatin sisältää laser-indusoidun grafeenitekniikan (LIG). Grafeeni on eräänlainen hiili, joka on erittäin ohut, erittäin vahva ja kykenevä johtamaan sähköä.
Grafeenilla on monia sovelluksia, jotka lääketieteen lisäksi voivat vaihdella digitaalisesta elektroniikasta lentokonetekniikkaan.
Itsesteriilisevä grafeeni-ilmansuodatin
LIG on huokoinen grafeenivaahto, joka muodostuu, kun teollinen laserleikkuri lämmittää polyimidilevyn, tavallisen suuren lujuuden omaavan polymeerin, pinnan.
Sen jälkeen kun professori Tour ja hänen tiiminsä löysivät prosessin LIG: n valmistamiseksi vuonna 2014, se on tuottanut monia sovelluksia elektroniikasta taiteeseen.
Tiimi havaitsi voivansa mukauttaa LIG: n suodattimeksi muodostamalla grafeenia polyimidin molemmille puolille. Tämä tuottaa polymeeristä ohuen, mutta vahvan 3D-ristikon, joka vahvistaa grafeenivaahtoa.
Lopulta he havaitsivat voivansa rakentaa suodattimen, joka käsittää paksut johtavat grafeenikuitujen metsät lomitettujen levyjen sängyille.
Rakenteensa ansiosta vaahtosuodatin voi siepata mikro-organismeja, kuten bakteereja ja sieniä, yhdessä muiden ilmassa olevien epäpuhtauksien, kuten itiöiden, prionien ja erilaisten myrkyllisten yhdisteiden kanssa, joita on aerosoleissa, pisaroissa ja hiukkasissa.
Suodatin kiinnittää ja tuhoaa sieppaamansa kuumentamalla sitä säännöllisesti 350 ° C: n (660 ° F) lämpötilaan sen läpi kulkevan sähkön seurauksena. Lämpötilan saavuttaminen ei vaadi paljon virtaa, ja viilentyminen vie vain muutaman sekunnin.
Tuhoaa haitalliset molekyylit
350 ° C: n lämpötila on tarpeeksi kuuma tappamaan mikro-organismit ja kaikki sivutuotteet, jotka voisivat ruokkia uusia mikrobeja, samoin kuin kaikki "molekyylit, jotka voivat aiheuttaa haitallisia biologisia reaktioita ja sairauksia", kirjoittajat huomauttavat.
"Näihin molekyyleihin kuuluvat pyrogeenit, allergeenit, eksotoksiinit, endotoksiinit, mykotoksiinit, nukleiinihapot ja prionit", he lisäävät.
"Tarvitsemme lisää menetelmiä", prof. Tour selittää, "torjua paitsi bakteerien myös niiden loppupään tuotteiden ilmakehään siirtyminen, mikä voi aiheuttaa vakavia reaktioita potilaiden keskuudessa."
"Jotkut näistä tuotteista, kuten endotoksiinit, on altistettava 300 ° C: n lämpötiloille niiden deaktivoimiseksi", hän lisää.
Prof. Tour ehdottaa, että bakteereja tuottavien molekyylien tuhoaminen vähentäisi merkittävästi niiden leviämisriskiä potilaiden välillä, mikä johtaisi lyhyempiin sairaalahoitoihin, vähemmän sairauksia ja vähemmän kuolemia.
Hän ja hänen tiiminsä uskovat, että yksi mittatilaustyönä valmistettu LIG-suodatin voisi korvata kaksi suodatinta, jotka sairaalat joutuvat tällä hetkellä asentamaan ilmanvaihtojärjestelmiinsä liittovaltion määräysten noudattamiseksi.
Tutkimuspaperissaan tutkijat kuvaavat kuinka he testasivat LIG-suodattimen käyttämällä kaupallista tyhjiöilmansuodatusjärjestelmää, joka toimii imemällä ilmaa 10 litraa minuutissa.
He juoksivat testin 90 tuntia pysähtymättä.Tulokset osoittivat, että kuumennusmenetelmällä onnistuttiin steriloimaan kaikkien taudinaiheuttajien ja niiden sivutuotteiden suodattimet.
Mahdollisesti pidempikestoinen ilmansuodatin
Viljelykokeista joukkue havaitsi myös, että bakteerit eivät kulkeneet LIG-suodattimen läpi. Testit sisälsivät bakteerien viljelyn kalvolla suodattimen alavirtaan.
Tutkijat inkuboivat myös käytettyjä suodattimia 130 tuntia 90 tunnin käytön jälkeen ja tutkivat niitä. He vertailivat tuloksia inkuboitujen suodattimien tuloksiin, joita ei ollut lämmitetty.
Tulokset osoittivat, että käytetyt LIG-suodattimet, joille oli tehty toistuva kuumennus yli 300 ° C: n lämpötiloihin, eivät olleet kasvattaneet bakteereja inkuboinnin aikana. Näin ei ollut lämmittämättömien LIG-suodattimien kanssa.
Tiimi ehdottaa, että kyky itsesteriilisillä voi antaa LIG-suodattimille pidemmän käyttöiän, jotta käyttäjien ei tarvitse vaihtaa niitä yhtä usein kuin tavanomaisemmat ilmansuodattimet.
Prof. Tour suunnittelee myös LIG-suodattimien käyttöä kaupallisissa lentokoneissa.
"Maailma on jo kauan tarvinnut jonkinlaisen lähestymistavan patogeenien ja niihin liittyvien haitallisten tuotteiden ilmassa kulkeutumisen vähentämiseksi."
Professori James M. Tour
