Il filtro dell'aria in grafene intrappola e uccide i batteri
Gli scienziati hanno sviluppato un filtro sterilizzante in grafene che cattura i microbi e i loro prodotti nocivi dall'aria e li distrugge. Immaginano che il dispositivo possa essere utile negli ospedali e in altre strutture sanitarie.
Ogni anno, circa 1 paziente su 25 negli Stati Uniti acquisisce almeno un'infezione a causa delle cure ospedaliere, secondo i Centers for Disease Control and Prevention (CDC).
Un recente articolo sulla rivista ACS Nano descrive il filtro in grafene autosterilizzante e come si è comportato nei test.
Il dispositivo nasce da un'idea dell'autore senior dello studio James M. Tour, Ph.D., e del suo team presso la Rice University di Houston TX, dove Tour detiene cattedre in scienza dei materiali e nanoingegneria, nonché chimica e informatica.
"Così tanti pazienti vengono infettati da batteri e dai loro prodotti metabolici, che, ad esempio, possono provocare sepsi mentre sono in ospedale", afferma il prof. Tour.
Il filtro incorpora la tecnologia del grafene indotto dal laser (LIG). Il grafene è una forma di carbonio estremamente sottile, molto forte e in grado di condurre l'elettricità.
Il grafene ha molte applicazioni che, oltre alla medicina, possono spaziare dall'elettronica digitale all'ingegneria aerospaziale.
Filtro aria autosterilizzante in grafene
LIG è una schiuma di grafene porosa che si forma quando un laser cutter industriale riscalda la superficie di un foglio di poliimmide, un comune polimero ad alta resistenza.
Da quando il Prof. Tour e il suo team hanno scoperto il processo per realizzare LIG nel 2014, ha dato origine a molte applicazioni che vanno dall'elettronica all'arte.
Il team ha scoperto di poter adattare LIG per l'uso come filtro formando grafene su entrambi i lati della poliimmide. Questo produce un reticolo 3D sottile ma resistente del polimero che rinforza la schiuma di grafene.
Alla fine, hanno scoperto che potevano costruire un filtro comprendente fitte foreste di fibre di grafene conduttive su letti di fogli interfogliati.
A causa della sua struttura, il filtro in schiuma può catturare microrganismi, come batteri e funghi, insieme ad altri contaminanti presenti nell'aria, come spore, prioni e vari composti tossici presenti in aerosol, goccioline e particelle.
Il filtro intrappola e distrugge ciò che cattura riscaldando periodicamente fino a una temperatura di 350 ° C (660 ° F) a causa dell'elettricità che lo attraversa. Non ha bisogno di molta potenza per raggiungere questa temperatura e bastano pochi secondi per raffreddarsi di nuovo.
Distrugge le molecole dannose
La temperatura di 350 ° C è abbastanza calda da uccidere i microrganismi e tutti i sottoprodotti che potrebbero nutrire nuovi microbi, nonché qualsiasi "molecola che può causare reazioni biologiche avverse e malattie", notano gli autori.
"Queste molecole includono pirogeni, allergeni, esotossine, endotossine, micotossine, acidi nucleici e prioni", aggiungono.
"Abbiamo bisogno di più metodi", spiega il prof. Tour, "per combattere il trasferimento aereo non solo dei batteri ma anche dei loro prodotti a valle, che possono causare gravi reazioni tra i pazienti".
"Alcuni di questi prodotti, come le endotossine, devono essere esposti a temperature di 300 ° C per disattivarli", aggiunge.
Il prof. Tour suggerisce che distruggere le molecole che producono batteri ridurrebbe significativamente il rischio che si diffondano tra i pazienti, con conseguenti ricoveri più brevi, meno malattie e meno morti.
Lui e il suo team ritengono che un singolo filtro LIG personalizzato potrebbe sostituire i due filtri che gli ospedali devono attualmente installare nei loro sistemi di ventilazione per conformarsi alle normative federali.
Nel loro documento di studio, i ricercatori descrivono come hanno testato il filtro LIG utilizzando un sistema di filtrazione dell'aria a vuoto commerciale che funziona aspirando aria a una velocità di 10 litri al minuto.
Hanno eseguito il test per 90 ore senza fermarsi.I risultati hanno mostrato che il metodo di riscaldamento è riuscito a sterilizzare i filtri di tutti gli agenti patogeni e dei loro sottoprodotti.
Filtro aria potenzialmente più duraturo
Dai test di coltura, il team ha anche scoperto che i batteri non passavano attraverso il filtro LIG. I test hanno coinvolto la coltura di batteri su una membrana a valle del filtro.
I ricercatori hanno anche incubato filtri usati per 130 ore dopo le 90 ore di utilizzo e li hanno esaminati. Hanno confrontato i risultati con quelli dei filtri incubati che non avevano subito alcun riscaldamento.
I risultati hanno mostrato che i filtri LIG usati, che avevano subito ripetuti attacchi di riscaldamento a temperature superiori a 300 ° C, non avevano ricresciuto alcun batterio durante l'incubazione. Questo non era il caso dei filtri LIG non riscaldati.
Il team suggerisce che la capacità di auto-sterilizzare potrebbe dare ai filtri LIG una vita più lunga in modo che gli utenti non debbano sostituirli con la stessa frequenza dei filtri dell'aria più convenzionali.
Il Prof. Tour prevede anche un utilizzo dei filtri LIG negli aerei commerciali.
"Il mondo ha da tempo bisogno di un approccio per mitigare il trasferimento aereo di agenti patogeni e dei relativi prodotti deleteri".
Prof. James M. Tour
