Grafen hava filtresi bakterileri hapseder ve öldürür
Bilim adamları, mikropları ve zararlı ürünlerini havadan yakalayan ve onları yok eden sterilize edici bir grafen filtre geliştirdiler. Cihazın hastanelerde ve diğer sağlık bakımı ortamlarında yararlı olduğunu öngörüyorlar.
Hastalık Kontrol ve Önleme Merkezlerine (CDC) göre, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki 25 hastadan yaklaşık 1'i, hastane bakımı nedeniyle her yıl en az bir enfeksiyon kapmaktadır.
Dergide yeni bir makale ACS Nano Kendi kendini sterilize eden grafen filtreyi ve bunun testlerde nasıl yapıldığını açıklar.
Cihaz, araştırmanın kıdemli yazarı James M. Tour, Ph.D. ve onun Houston TX'deki Rice Üniversitesi'ndeki ekibinin fikir babasıdır ve Tour burada malzeme bilimi ve nano mühendisliğin yanı sıra kimya ve bilgisayar bilimi alanlarında profesörlük yapmaktadır.
Prof. Tour, "Pek çok hasta bakteri ve bunların metabolik ürünleriyle enfekte oluyor, bu da örneğin hastanedeyken sepsise neden olabilir" diyor Prof.
Filtre, lazer kaynaklı grafen (LIG) teknolojisine sahiptir. Grafen, son derece ince, çok güçlü ve elektrik iletebilen bir karbon türüdür.
Grafen, tıbbın yanı sıra dijital elektronikten havacılık mühendisliğine kadar değişen birçok uygulamaya sahiptir.
Kendi kendini sterilize eden grafen hava filtresi
LIG, endüstriyel bir lazer kesici, yaygın bir yüksek mukavemetli polimer olan bir poliimid tabakasının yüzeyini ısıttığında oluşan gözenekli bir grafen köpüktür.
Prof. Tour ve ekibi, 2014 yılında LIG yapma sürecini keşfetmesinden bu yana, elektronikten sanata kadar birçok uygulamanın ortaya çıkmasına neden oldu.
Ekip, poliimidin her iki tarafında grafen oluşturarak LIG'yi filtre olarak kullanmak için uyarlayabileceklerini keşfetti. Bu, grafen köpüğünü güçlendiren ince ama güçlü bir 3 boyutlu polimer kafesi oluşturur.
Sonunda, serpiştirilmiş tabakaların yatakları üzerinde kalın iletken grafen lifleri ormanlarından oluşan bir filtre inşa edebileceklerini keşfettiler.
Köpük filtre, yapısı nedeniyle bakteriler ve mantarlar gibi mikroorganizmaları, sporlar, prionlar ve aerosollerde, damlacıklarda ve parçacıklarda bulunan çeşitli toksik bileşikler gibi havadaki diğer kirleticileri yakalayabilir.
Filtre, içinden geçen elektriğin bir sonucu olarak periyodik olarak 350 ° C (660 ° F) sıcaklığa kadar ısıtarak yakaladıklarını yakalar ve yok eder. Bu sıcaklığa ulaşmak için fazla güce ihtiyaç duymaz ve tekrar soğuması sadece birkaç saniye sürer.
Zararlı molekülleri yok eder
Yazarlar, 350 ° C sıcaklığın mikroorganizmaları ve yeni mikropları besleyebilecek yan ürünleri ve ayrıca “olumsuz biyolojik reaksiyonlara ve hastalıklara neden olabilecek molekülleri” öldürecek kadar sıcak olduğunu belirtiyorlar.
"Bu moleküller pirojenler, alerjenler, ekzotoksinler, endotoksinler, mikotoksinler, nükleik asitler ve prionları içerir" diye ekliyorlar.
Prof. Tour, "Sadece bakterilerin değil, aynı zamanda aşağı akış ürünlerinin de hava yoluyla taşınmasıyla mücadele etmek için daha fazla yönteme ihtiyacımız var," diye açıklıyor, bu da hastalar arasında ciddi reaksiyonlara neden olabilir.
"Endotoksinler gibi bu ürünlerden bazılarının, onları etkisiz hale getirmek için 300 ° C sıcaklıklara maruz bırakılması gerekiyor" diye ekliyor.
Prof. Tour, bakteri üreten moleküllerin yok edilmesinin, bunların hastalar arasında yayılma riskini önemli ölçüde azaltacağını ve bu da daha kısa hastaneye yatış, daha az hastalık ve daha az ölümle sonuçlanacağını öne sürüyor.
O ve ekibi, tek bir özel yapım LIG filtresinin, hastanelerin federal düzenlemelere uymak için havalandırma sistemlerine şu anda takmaları gereken iki filtrenin yerini alabileceğine inanıyor.
Araştırmacılar çalışma kağıtlarında, dakikada 10 litre hava emerek çalışan ticari bir vakumlu hava filtreleme sistemi kullanarak LIG filtresini nasıl test ettiklerini anlatıyorlar.
Testi 90 saat durmadan yaptılar.Sonuçlar, ısıtma yönteminin tüm patojenlerin ve bunların yan ürünlerinin filtrelerini sterilize etmede başarılı olduğunu gösterdi.
Potansiyel olarak daha uzun ömürlü hava filtresi
Ekip ayrıca kültür testlerinden bakterilerin LIG filtresinden geçmediğini de buldu. Testler, bakterilerin filtrenin aşağı akışındaki bir membran üzerinde kültürlenmesini içeriyordu.
Araştırmacılar ayrıca 90 saatlik kullanımın ardından 130 saat boyunca kuluçkaya yatırdılar ve incelediler. Sonuçları, herhangi bir ısıtma işlemine tabi tutulmamış inkübe edilmiş filtrelerin sonuçlarıyla karşılaştırdılar.
Sonuçlar, 300 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklara kadar tekrarlanan ısıtma dönemlerinden geçen kullanılmış LIG filtrelerinin inkübasyon sırasında herhangi bir bakteri üremediğini gösterdi. Isıtmasız LIG filtrelerinde durum böyle değildi.
Ekip, kendi kendini sterilize etme yeteneğinin, LIG filtrelerine daha uzun bir ömür verebileceğini, böylece kullanıcıların daha geleneksel hava filtreleri kadar sık değiştirmelerine gerek kalmayacağını öne sürüyor.
Prof. Tour ayrıca ticari uçaklarda LIG filtreleri için bir kullanım öngörmektedir.
"Dünya, uzun zamandır patojenlerin ve bunlarla ilgili zararlı ürünlerinin hava yoluyla taşınmasını azaltmak için bir yaklaşıma ihtiyaç duymuştur."
Profesör James M. Tour
