Grafen luftfilter feller og dreper bakterier
Forskere har utviklet et steriliserende grafenfilter som fanger mikrober og deres skadelige produkter fra luften og ødelegger dem. De ser for seg at enheten skal være nyttig på sykehus og andre helsetjenester.
Hvert år får rundt 1 av 25 pasienter i USA minst en infeksjon på grunn av sykehusomsorg, ifølge Centers for Disease Control and Prevention (CDC).
En fersk avis i tidsskriftet ACS Nano beskriver det selvsteriliserende grafenfilteret og hvordan det ble utført i tester.
Enheten er tankegangen til seniorforfatter James M. Tour, Ph.D., og teamet hans ved Rice University i Houston TX, hvor Tour har professorater i materialvitenskap og nanoteknologi, samt kjemi og informatikk.
"Så mange pasienter blir smittet av bakterier og deres metabolske produkter, som for eksempel kan føre til sepsis mens de er på sykehuset," sier Prof. Tour.
Filteret inneholder laserindusert grafen (LIG) teknologi. Grafen er en form for karbon som er ekstremt tynn, veldig sterk og i stand til å lede elektrisitet.
Graphene har mange applikasjoner, som i tillegg til medisin kan variere fra digital elektronikk til romfartsteknikk.
Selvsteriliserende grafen luftfilter
LIG er et porøst grafenskum som dannes når en industriell laserskjærer varmer overflaten på et ark av polyimid, en vanlig høyfast polymer.
Siden Prof. Tour og teamet hans oppdaget prosessen for å lage LIG i 2014, har det gitt mange applikasjoner som spenner fra elektronikk til kunst.
Teamet fant ut at de kunne tilpasse LIG for bruk som filter ved å danne grafen på begge sider av polyimidet. Dette gir et tynt - men sterkt - 3D-gitter av polymeren som forsterker grafenskummet.
Til slutt fant de ut at de kunne bygge et filter som består av tykke skoger med ledende grafenfibre på senger av sammenflettede ark.
På grunn av sin struktur kan skumfilteret fange opp mikroorganismer, som bakterier og sopp, sammen med andre luftbårne forurensninger, som sporer, prioner og forskjellige giftige forbindelser som er tilstede i aerosoler, dråper og partikler.
Filteret fanger opp og ødelegger det det fanger ved regelmessig å varme opp til en temperatur på 350 ° C (660 ° F) som et resultat av strøm som går gjennom det. Det trenger ikke mye strøm for å nå denne temperaturen, og det tar bare noen sekunder å kjøle seg ned igjen.
Ødelegger skadelige molekyler
Temperaturen på 350 ° C er varm nok til å drepe mikroorganismer og eventuelle biprodukter som kan mate nye mikrober, så vel som "molekyler som kan forårsake ugunstige biologiske reaksjoner og sykdommer", bemerker forfatterne.
"Disse molekylene inkluderer pyrogener, allergener, eksotoksiner, endotoksiner, mykotoksiner, nukleinsyrer og prioner," legger de til.
"Vi trenger flere metoder," forklarer Prof. Tour, "for å bekjempe luftbåren overføring av ikke bare bakterier, men også deres nedstrøms produkter, noe som kan forårsake alvorlige reaksjoner blant pasienter."
"Noen av disse produktene, som endotoksiner, må utsettes for temperaturer på 300 ° C for å deaktivere dem," legger han til.
Prof. Tour antyder at ødeleggelse av bakteriproduserende molekyler vil redusere risikoen for at de spres blant pasienter betydelig, noe som resulterer i kortere sykehusinnleggelser, mindre sykdom og færre dødsfall.
Han og teamet hans mener at et enkelt spesialbygd LIG-filter kan erstatte de to filtrene som sykehus for øyeblikket må installere i ventilasjonssystemene for å overholde føderale forskrifter.
I studiene beskriver forskerne hvordan de testet LIG-filteret ved hjelp av et kommersielt vakuumluftfiltreringssystem som fungerer ved å suge luft med en hastighet på 10 liter per minutt.
De kjørte testen i 90 timer uten å stoppe.Resultatene viste at oppvarmingsmetoden lyktes i å sterilisere filtrene til alle patogenene og deres biprodukter.
Potensielt lengre varig luftfilter
Fra dyrkingstester fant teamet også at bakterier ikke passerte gjennom LIG-filteret. Testene involverte dyrking av bakterier på en membran nedstrøms for filteret.
Forskerne inkuberte også brukte filtre i 130 timer etter 90 timers bruk og undersøkte dem. De sammenlignet resultatene med resultatene av inkuberte filtre som ikke hadde gjennomgått noen oppvarming.
Resultatene viste at de brukte LIG-filtrene, som hadde gjennomgått gjentatte oppvarmingsanfall til temperaturer over 300 ° C, ikke hadde gjenvunnet noen bakterier under inkubasjonen. Dette var ikke tilfelle med de uoppvarmede LIG-filtrene.
Teamet antyder at evnen til selvsterilisering kan gi LIG-filtre lengre levetid, slik at brukerne ikke trenger å bytte dem så ofte som de mer konvensjonelle luftfiltrene.
Prof. Tour forutsetter også bruk av LIG-filtre i kommersielle fly.
"Verden har lenge hatt behov for noen tilnærming for å redusere den luftbårne overføringen av patogener og deres relaterte skadelige produkter."
Prof. James M. Tour
