فیلتر هوای گرافنی باکتری‌ها را گیر انداخته و از بین می‌برد

فیلتر هوای گرافنی

دانشمندان موفق به توسعه فیلتر گرافنی ضدعفونی‌کننده‌ای شده‌اند که میکروب‌ها و محصولات مضر آن‌ها را از هوا گرفته و از بین می‌برد. آن‌ها انتظار دارند این ابزار، در بیمارستان‌ها و مراکز درمانی مورد استفاده قرار گیرد.

طبق اعلام مرکز کنترل و پیشگیری از بیماری‌های ایالات متحده آمریکا (CDC)، سالانه حدود 1 بیمار از 25 بیمار در این کشور، به دلیل مراقبت و بستری در بیمارستان، مبتلا به بیماری‌های عفونی می‌شوند. مقاله اخیر در ژورنال ACS Nano اقدام به معرفی یک فیلتر گرافنی خود ضدعفونی‌کننده‌ و نحوه عملکرد آن در آزمون‌های مختلف کرده است. این ابزار، زاده‌ی مطالعات نویسنده ارشد، جیمز ام تور[1] و تیم وی در دانشگاه رایس[2] هوستون آمریکاست. جایی که او از اساتید علم مواد و مهندسی نانو، شیمی و علوم کامپیوتر آن می‌باشد. پروفسور تور در این باره می‌گوید: “بیماران زیادی در مدت زمانی که در بیمارستان هستند، تحت تاثیر باکتری‌ها و محصولات متابولیک آن‌ها واقع می‌شوند که ممکن است منجر به عفونت گردد.” این فیلتر از فناوری گرافن منتج شده از لیزر (LIG) بهره می‌برد. گرافن نوعی از کربن است که بسیار نازک، مستحکم و همچنین رسانای الکتریسیته می‌باشد. این ماده علاوه بر کاربرد در پزشکی، استفاده‌های فراوانی نیز در صنایع مختلف مانند صنایع الکتریکی و هوافضا دارد.

فیلتر گرافنی خود ضدعفونی‌کننده

LIG یک فوم متخلخل گرافنی است که وقتی یک دستگاه برش لیزر صنعتی، سطح یک ورق از پلی‌ایمید را که یک پلیمر با مقاومت بالاست، گرم می‌کند، تشکیل می‌شود. از زمانیکه این فرآیند در سال 2014 توسط پروفسور تور و تیمش کشف شد، کاربردهای فراوانی از الکترونیک تا هنر از آن بهره برده‌اند. این گروه دریافتند که می‌توان از LIG برای تشکیل گرافن در دو طرف پلی‌ایمید، به عنوان یک فیلتر، استفاده کرد. این عمل باعث تولید یک لایه نازک اما مستحکم سه بعدی از پلیمر می‌شود که فوم گرافنی را تقویت می‌کند. در نهایت آنها متوجه شدند که می‌توانند یک فیلتر متشکل از الیاف ضخیم و رسانای گرافنی در بین لایه‌های جای داده شده، بسازند. باتوجه به ساختار، این فیلتر فومی می‌تواند میکرو ارگانیسم‌هایی مانند باکتری‌ها و قارچ‌ها را به همراه سایر آلاینده‌های موجود در هوا مانند هاگ‌ها و ترکیبات سمی مختلفی که در ذرات معلق در هوا و قطرات وجود دارد را جذب کند. این فیلتر هر آنچه که جذب می‌کند را حبس و با اعمال حرارت دوره‌ای تا دمای 350 درجه سانتی‌گراد که در نتیجه عبور جریان الکتریسیته از آن است،‌ نابود می‌سازد. این فرآیند برای رسیدن به دمای بالا، نیاز به انرژی زیادی ندارد و همچنین تنها چند ثانیه طول می‌کشد تا خنک شود.

   دمای 350 درجه سانتی‌گراد به مقدار کافی حرارت لازم برای از بین بردن میکرو ارگانیسم‌ها و محصولات جانبی آن‌ها را که ممکن است باعث تغذیه میکروب‌های جدید شوند را تامین می‌کند. نویسندگان همچنین یادآور شدند، مولکول‌هایی که می‌توانند منجر به واکنش‌های مضر بیولوژیکی و بیماری شوند نیز، از بین خواهند رفت. آن‌ها افزودند:”این مولکول‌ها شامل پیروژن‌ها، آلرژن‌ها، اگزوتوکسین‌ها، اندوتوکسین‌ها، مایکوتوکسین‌ها، اسیدهای نوکلوئیک و پریون‌ها هستند”. پروفسور تور تشریح کرد:”ما به مراحل بیشتری احتیاج داریم، نه تنها برای مقابله با انتقال هوایی باکتری‌ها، بلکه برای جلوگیری از محصولات پایین دستی آن‌ها که ممکن است باعث واکنش‌های شدید از طرف بیماران شود”. وی افزود:” برخی از این محصولات، مانند اندوتوکسین‌ها، لازم است تا بالای 300 درجه سانتی‌گراد حرارت ببینند تا غیرفعال شوند”.

پروفسور تور اظهار داشت که از بین بردن مولکول‌های تولیدکننده باکتری می‌تواند خطر شیوع آن در بیماران را به میزان قابل توجهی کاهش دهد و با کاهش زمان بستری شدن بیماران در بیمارستان‌ها، خطر مرگ و میر ناشی از آن کمتر خواهد شد. او و تیمش معتقدند که یک فیلتر LIG ساخته شده سفارشی می‌تواند با رعایت مقررات و قوانین فدرال، جایگزین دو فیلتری شود که هم اکنون در بیمارستان‌ها بر روی سیستم‌های تهویه نصب می‌شوند. محققان در مقاله تحقیقاتی خود، چگونگی آزمایش فیلتر LIG را با استفاده از سیستم تصویه هوای خلاء تجاری که با مکیدن هوا با سرعت 10 لیتر بر دقیقه کار می‌کنند، شرح داده‌اند. آن‌ها این آزمون را به مدت 90 ساعت بدون وقفه انجام دادند. نتایج نشان داد که روش حرارت‌دهی موفق به استریل کردن همه‌ی پاتوژن‌ها و محصولات جانبی آن‌ها از روی این فیلتر شد.

فیلتر هوایی با دوام بالقوه طولانی‌تر

این تیم همچین از آزمایش‌های کشت دریافتند که باکتری‌ها از فیلتر LIG عبور نمی‌کنند. این آزمایشات شامل کشت باکتری در غشای پایین دست فیلتر می‌باشد. محققان همچنین پس از 90 ساعت، فیلترهای استفاده شده را به مدت 130 ساعت دیگر گرم نگه داشتند تا آن‌ها را مورد بررسی قرار دهند. آن‌ها نتایج بدست آمده را با نتایج حاصله از فیلترهایی که هیچ حرارتی ندیده بودند، مقایسه کردند. نتایج نشان داد که فیلترهای LIG استفاده شده که در دوره‌های گرمایش مکرر که تحت دمای بیش از 300 درجه سانتی‌گراد قرار گرفته بودند، در طی فرآیند گرمایش هیچ باکتری جدیدی را رشد نداده بودند. این قضیه در مورد فیلتر‌های حرارت ندیده LIG صادق نبود. این گروه ادعا می‌کند که توانایی خود ضدعفونی‌کنندگی می‌تواند به فیلترهای LIG عمر بیشتری ببخشد، به طوری که کاربران نیاز کمتری به تعویض آن‌ها نسبت به فیلترهای هوای معمولی پیدا می‌کنند. پروفسور تور همچنین استفاده از این فیلترها در هواپیماهای تجاری را نیز پیش‌بینی کرده است.

پروفسور تور می‌گوید:” جهان از دیرباز به روش‌هایی برای کاهش آلودگی هوا از عوامل بیماری‌زا و محصولات زیان‌آور آن‌ها احتیاج داشته است”.


[1] James M. Tour

[2] Rice University

محصولات مرتبط

فهرست