Bộ lọc khí Graphene bẫy và tiêu diệt vi khuẩn
Các nhà khoa học đã phát triển một bộ lọc graphene khử trùng để bắt vi khuẩn và các sản phẩm có hại của chúng từ không khí và tiêu diệt chúng. Họ dự đoán rằng thiết bị sẽ hữu ích trong bệnh viện và các cơ sở chăm sóc sức khỏe khác.
Theo Trung tâm Kiểm soát và Phòng ngừa Dịch bệnh (CDC), mỗi năm, khoảng 1 trong số 25 bệnh nhân ở Hoa Kỳ mắc phải ít nhất một lần nhiễm trùng do chăm sóc tại bệnh viện.
Một bài báo gần đây trên tạp chí ACS Nano mô tả bộ lọc graphene tự khử trùng và cách nó hoạt động trong các thử nghiệm.
Thiết bị này là sản phẩm trí tuệ của Tiến sĩ, tác giả nghiên cứu James M. Tour, và nhóm của ông tại Đại học Rice ở Houston TX, nơi Tour giữ chức giáo sư về khoa học vật liệu và kỹ thuật nano, cũng như hóa học và khoa học máy tính.
GS Tour cho biết: “Rất nhiều bệnh nhân bị nhiễm trùng do vi khuẩn và các sản phẩm chuyển hóa của chúng, chẳng hạn như có thể dẫn đến nhiễm trùng huyết khi ở trong bệnh viện.
Bộ lọc tích hợp công nghệ graphene cảm ứng bằng laser (LIG). Graphene là một dạng carbon cực kỳ mỏng, rất bền và có thể dẫn điện.
Graphene có nhiều ứng dụng, ngoài y học, có thể bao gồm từ điện tử kỹ thuật số đến kỹ thuật hàng không vũ trụ.
Bộ lọc khí graphene tự khử trùng
LIG là một loại bọt graphene xốp được tạo thành khi máy cắt laser công nghiệp làm nóng bề mặt của tấm polyimide, một loại polyme có độ bền cao phổ biến.
Kể từ khi GS Tour và nhóm của ông phát hiện ra quy trình sản xuất LIG vào năm 2014, nó đã tạo ra nhiều ứng dụng khác nhau, từ điện tử đến nghệ thuật.
Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng họ có thể điều chỉnh LIG để sử dụng làm bộ lọc bằng cách hình thành graphene trên cả hai mặt của polyimide. Điều này tạo ra một mạng tinh thể 3D mỏng - nhưng chắc chắn - của polyme giúp củng cố bọt graphene.
Cuối cùng, họ phát hiện ra rằng họ có thể xây dựng một bộ lọc bao gồm những khu rừng dày các sợi graphene dẫn điện trên các lớp các tấm đan xen.
Do cấu trúc của nó, bộ lọc bọt có thể bắt giữ các vi sinh vật, chẳng hạn như vi khuẩn và nấm, cùng với các chất gây ô nhiễm trong không khí khác, chẳng hạn như bào tử, prion và các hợp chất độc hại khác nhau có trong sol khí, giọt và hạt.
Bộ lọc bẫy và phá hủy những gì nó thu được bằng cách gia nhiệt định kỳ lên đến nhiệt độ 350 ° C (660 ° F) do dòng điện đi qua nó. Nó không cần nhiều điện năng để đạt đến nhiệt độ này và chỉ mất vài giây để làm mát trở lại.
Tiêu diệt các phân tử có hại
Các tác giả lưu ý rằng nhiệt độ 350 ° C đủ nóng để tiêu diệt vi sinh vật và bất kỳ sản phẩm phụ nào có thể nuôi các vi sinh vật mới, cũng như bất kỳ “phân tử nào có thể gây ra các phản ứng sinh học bất lợi và bệnh tật”.
Họ cho biết thêm: “Những phân tử này bao gồm chất gây dị ứng, chất gây dị ứng, ngoại độc tố, nội độc tố, độc tố nấm mốc, axit nucleic và prion.
“Chúng tôi cần nhiều phương pháp hơn,” GS Tour giải thích, “để chống lại sự lây truyền trong không khí của không chỉ vi khuẩn mà còn cả các sản phẩm cuối cùng của chúng, có thể gây ra các phản ứng nghiêm trọng ở bệnh nhân.”
“Một số sản phẩm này, như nội độc tố, cần phải tiếp xúc với nhiệt độ 300 ° C để vô hiệu hóa chúng,” ông nói thêm.
GS.
Ông và nhóm của mình tin rằng một bộ lọc LIG tùy chỉnh duy nhất có thể thay thế hai bộ lọc mà các bệnh viện hiện phải lắp đặt trong hệ thống thông gió của họ để tuân thủ các quy định của liên bang.
Trong tài liệu nghiên cứu của mình, các nhà nghiên cứu mô tả cách họ thử nghiệm bộ lọc LIG bằng cách sử dụng hệ thống lọc khí chân không thương mại hoạt động bằng cách hút không khí với tốc độ 10 lít mỗi phút.
Họ đã chạy thử nghiệm trong 90 giờ liên tục.Kết quả cho thấy phương pháp gia nhiệt đã thành công trong việc khử trùng bộ lọc của tất cả các mầm bệnh và các sản phẩm phụ của chúng.
Bộ lọc không khí có khả năng bền lâu hơn
Từ các thử nghiệm nuôi cấy, nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng vi khuẩn không đi qua bộ lọc LIG. Các thử nghiệm liên quan đến việc nuôi cấy vi khuẩn trên màng ở hạ lưu của bộ lọc.
Các nhà nghiên cứu cũng ủ các bộ lọc đã qua sử dụng trong 130 giờ sau 90 giờ sử dụng và kiểm tra chúng. Họ so sánh kết quả với kết quả của các bộ lọc được ủ chưa trải qua bất kỳ quá trình gia nhiệt nào.
Kết quả cho thấy rằng các bộ lọc LIG đã qua sử dụng, đã trải qua nhiều lần gia nhiệt đến nhiệt độ trên 300 ° C, đã không phát triển lại bất kỳ vi khuẩn nào trong quá trình ủ. Đây không phải là trường hợp với các bộ lọc LIG không được làm nóng.
Nhóm nghiên cứu cho rằng khả năng tự khử trùng có thể mang lại tuổi thọ cao hơn cho bộ lọc LIG, do đó người dùng không cần phải thay thế chúng thường xuyên như các bộ lọc không khí thông thường.
GS Tour cũng dự đoán việc sử dụng bộ lọc LIG trong máy bay thương mại.
“Thế giới từ lâu đã cần một số cách tiếp cận để giảm thiểu sự lây truyền qua đường không khí của các mầm bệnh và các sản phẩm có hại liên quan của chúng”.
Giáo sư James M. Tour
