В воздухе, которым мы дышим, насчитывается до 1800 видов бактерий, и хотя многие из них являются безвредными родственниками более смертоносных патогенов и микробов, в некоторых средах воздушно-капельные бактерии представляют угрозу для здоровья человека. Количество бактерий, присутствующих в воздухе вокруг нас, может колебаться в зависимости от условий окружающей среды, таких как температура и влажность. Воздушные микробы являются основной причиной респираторных заболеваний.

Риск передачи вируса от человека к человеку увеличивается в густонаселенных закрытых помещениях, таких как рабочее место, ежедневные поездки на работу и транспортные терминалы, а также в общественных зданиях, таких как школы и больницы.

Тем не менее, группа исследователей из Университета Райса, возможно, нашла решение для подавления распространения вредных микробов в воздухе, разработав новый тип фильтрационного устройства OF, включающего графен.

Система, разработанная командой Университета Райса, модифицирует использование графена, индуцируемого лазером (LIG), для того, чтобы выхватить находящиеся в воздухе патогенные микроорганизмы из воздуха, а затем отключить их небольшим взрывом электричества. Согласно статье, опубликованной в ACS Nano, фильтры LIG могут улавливать бактерии, споры грибов, белковые прионы, эндотоксины и различные другие загрязнители, переносимые аэрозолями, каплями и другими твердыми частицами. Более того, система фильтрации LIG является самостерилизуемой, что делает ее хорошо подходящей для больниц или других клинических и хирургических сред.

Очень многие пациенты заражаются бактериями и продуктами их метаболизма, что, например, может привести к сепсису в больнице. Нам нужно больше методов для борьбы с переносом по воздуху не только бактерий, но и их продуктов ниже по течению, что может вызвать тяжелые реакции у пациентов.

Джеймс Тур, профессор химии, Университет Райса

Тур и его команда разработали LIG еще в 2014 году, выпустив лазер на атомно-тонких полимерных листах, который, в свою очередь, производит проводящую пену графена. До сих пор пену LIG использовали в различных областях, таких как фильтрация воды, электроника и даже в рамках совместного художественного проекта.

Для своей последней разработки и использования в системе фильтрации воздуха команда Райс применила лазер к любой стороне полиимидного листа и затем смогла неравномерно распределить волокна графена. Внешний слой LIG напоминает пушистый ковер, а другой состоит из более мелких переплетенных структур с усиленным полимерным каркасом в середине, создающим большую площадь поверхности.

Кроме того, поскольку графен известен как превосходный электрический проводник, пену LIG можно нагревать до 350º по Цельсию (662º по Фаренгейту), пропуская небольшой электрический ток через фильтр. Этот метод также эффективен, поскольку команда заявила, что для нагрева ловушки требуются только небольшие импульсы электричества, что устраняет любые патогенные микроорганизмы и микробы, попавшие внутрь.

Тур и его лаборатория провели испытания конструкции с помощью коммерческой вакуумной системы, пропускающей электрические токи через один комплект фильтров LIG для нагрева в течение 90 часов. Другой набор фильтров LIG не пропускал через них электрический ток, но оставался пассивным в коммерческой системе, которая может потреблять 10 литров воздуха в минуту.

Результаты показали, что фильтры LIG, подвергнутые нагреву электрическим током, не показали признаков бактериального роста по сравнению с нормальными уровнями роста в пассивном наборе фильтров LIG.

Эксперименты по культивированию бактерий, проведенные на мембране после фильтра LIG, показали, что бактерии не могут проникнуть через фильтр LIG.

Джон Ли, научный сотрудник Университета Райса и соавтор Автор статьи

Команда предлагает, чтобы одного замененного фильтра LIG было достаточно для замены существующих двухспальных фильтров при работе в больничных системах. «Некоторые из этих продуктов, такие как эндотоксины, должны подвергаться воздействию температуры 300 градусов Цельсия, чтобы их деактивировать», цель, которой служит фильтр LIG, сказал Тур. «Это может значительно уменьшить передачу бактерий, генерируемых молекулами между пациентами, и тем самым снизить конечную стоимость пребывания пациента и уменьшить заболеваемость и смерть от этих патогенов».

Существует большой потенциал и потребность в новаторской системе фильтрации, такой как система, разработанная Туром и его командой, это связано с тем, что штаммы бактерий и других патогенных микроорганизмов становятся все более устойчивыми к лекарственным препаратам. Тур считает, что фильтры LIG также могут быть установлены в коммерческих самолетах, больницах и других местах, где имеет место быстрое распространение токсичных патогенных микроорганизмов и микробов. «В мире давно нужен какой-то подход для смягчения переноса по воздуху патогенов и связанных с ними вредных продуктов. Этот воздушный фильтр LIG мог бы стать важной частью этой защиты », – сказал он

.