Penapis udara Graphene memerangkap dan membunuh bakteria
Para saintis telah mengembangkan penapis pensil steril yang menangkap mikrob dan produk berbahaya dari udara dan memusnahkannya. Mereka menganggap alat ini berguna di hospital dan persekitaran penjagaan kesihatan yang lain.
Setiap tahun, sekitar 1 dari 25 pesakit di Amerika Syarikat memperoleh sekurang-kurangnya satu jangkitan kerana rawatan di hospital, menurut Pusat Pengawalan dan Pencegahan Penyakit (CDC).
Makalah terbaru dalam jurnal ACS Nano menerangkan penapis graphene yang disterilkan sendiri dan bagaimana ia dilakukan dalam ujian.
Peranti ini merupakan gagasan pengarang kanan penulis kajian James M. Tour, Ph.D., dan pasukannya di Rice University di Houston TX, di mana Tour memegang jawatan profesor dalam sains bahan dan nanoengineering, serta kimia dan sains komputer.
"Begitu banyak pesakit dijangkiti bakteria dan produk metaboliknya, yang, misalnya, dapat mengakibatkan sepsis ketika berada di rumah sakit," kata Prof Tour.
Penapis menggabungkan teknologi graphene (LIG) yang disebabkan oleh laser. Graphene adalah bentuk karbon yang sangat nipis, sangat kuat, dan mampu mengalirkan elektrik.
Graphene mempunyai banyak aplikasi, yang selain perubatan, boleh merangkumi elektronik digital hingga kejuruteraan aeroangkasa.
Penapis udara graphene yang disterilkan sendiri
LIG adalah busa graphene berpori yang terbentuk apabila pemotong laser industri memanaskan permukaan kepingan polimida, polimer kekuatan tinggi yang sama.
Sejak Prof. Tour dan pasukannya menemui proses pembuatan LIG pada tahun 2014, ini telah menghasilkan banyak aplikasi mulai dari elektronik hingga seni.
Pasukan mendapati bahawa mereka dapat menyesuaikan LIG untuk digunakan sebagai penapis dengan membentuk graphene di kedua sisi polimida. Ini menghasilkan kisi 3D polimer nipis - tetapi kuat - yang menguatkan busa graphene.
Akhirnya, mereka mendapati bahawa mereka dapat membina penapis yang terdiri daripada hutan tebal dari serat graphene konduktif di atas lapisan kepingan interleaved.
Oleh kerana strukturnya, penapis busa dapat menangkap mikroorganisma, seperti bakteria dan kulat, bersama dengan bahan cemar udara lain, seperti spora, prion, dan pelbagai sebatian toksik yang terdapat dalam aerosol, titisan, dan zarah.
Penapis memerangkap dan memusnahkan apa yang ditangkapnya dengan pemanasan secara berkala hingga suhu 350 ° C (660 ° F) akibat elektrik yang melaluinya. Ia tidak memerlukan banyak tenaga untuk mencapai suhu ini, dan hanya memerlukan beberapa saat untuk menyejukkan lagi.
Memusnahkan molekul berbahaya
Suhu 350 ° C cukup panas untuk membunuh mikroorganisma dan produk sampingan yang dapat memberi makan mikroba baru, serta "molekul yang boleh menyebabkan reaksi biologi dan penyakit yang merugikan," kata penulis.
"Molekul-molekul ini termasuk pirogen, alergen, eksotoksin, endotoksin, mikotoksin, asid nukleik, dan prion," tambah mereka.
"Kami memerlukan lebih banyak kaedah," jelas Prof Tour, "untuk memerangi pemindahan udara bukan hanya bakteria tetapi juga produk hilirnya, yang dapat menyebabkan reaksi yang teruk di kalangan pesakit."
"Sebilangan produk ini, seperti endotoksin, harus terkena suhu 300 ° C untuk menonaktifkannya," tambahnya.
Tour Tour menunjukkan bahawa menghancurkan molekul penghasil bakteria secara signifikan akan mengurangkan risiko penyebarannya di kalangan pesakit, mengakibatkan kemasukan ke hospital yang lebih pendek, penyakit yang lebih sedikit, dan kematian yang lebih sedikit.
Dia dan pasukannya percaya bahawa satu penapis LIG yang dibina khas dapat menggantikan dua penapis yang kini harus dipasang oleh hospital dalam sistem pengudaraan mereka untuk mematuhi peraturan persekutuan.
Dalam makalah kajian mereka, para penyelidik menerangkan bagaimana mereka menguji penapis LIG menggunakan sistem penapisan udara vakum komersial yang berfungsi dengan menyedut udara pada kadar 10 liter per minit.
Mereka menjalankan ujian selama 90 jam tanpa berhenti.Hasil kajian menunjukkan bahawa kaedah pemanasan berjaya mensterilkan penapis semua patogen dan produk sampingannya.
Penapis udara berpotensi tahan lama
Dari ujian kultur, pasukan juga mendapati bahawa bakteria tidak melalui filter LIG. Ujian tersebut melibatkan pembiakan bakteria pada membran di hilir penapis.
Para penyelidik juga menginkubasi penapis yang digunakan selama 130 jam setelah 90 jam penggunaan dan memeriksanya. Mereka membandingkan hasilnya dengan penapis yang diinkubasi yang tidak mengalami pemanasan.
Hasil kajian menunjukkan bahawa penapis LIG yang digunakan, yang telah mengalami berulang kali pemanasan hingga suhu di atas 300 ° C, tidak menumbuhkan bakteria lagi selama pengeraman. Ini tidak berlaku dengan penapis LIG yang tidak dipanaskan.
Pasukan menunjukkan bahawa keupayaan untuk mensterilkan diri dapat memberi penapis LIG lebih lama sehingga pengguna tidak perlu menggantinya sesering penapis udara yang lebih konvensional.
Tour Tour juga meramalkan penggunaan penapis LIG di kapal terbang komersial.
"Dunia telah lama memerlukan beberapa pendekatan untuk mengurangkan pemindahan patogen melalui udara dan produk berbahaya yang berkaitan dengannya."
Prof James M. Tour
