Θα μπορούσε μια επίστρωση γραφενίου να κάνει τις χειρουργικές μάσκες πιο εύκολο να αποστειρωθούν και να επαναχρησιμοποιηθούν; Σύμφωνα με μια ομάδα ερευνητών στο Πολυτεχνείο του Χονγκ Κονγκ (PolyU) , η απάντηση είναι ναι. Με επικεφαλής τον Guijun Li από το τμήμα βιομηχανικής και μηχανικής συστημάτων PolyU , η ομάδα ανέπτυξε μια διαδικασία κατασκευής λέιζερ που εναποθέτει μερικά στρώματα του φύλλου άνθρακα σε εμπορικά διαθέσιμες μη υφασμένες μάσκες. Η επικάλυψη καθιστά τις μάσκες υπερϋδροφοβικές, οι οποίες μειώνουν τις πιθανότητες προσκόλλησης μολυσματικών σταγόνων σε αυτές, ενώ οι ισχυρές ιδιότητες απορρόφησης φωτός του γραφενίου καθιστούν δυνατή την αποστείρωση με έκθεση στο ηλιακό φως.
Για τον περιορισμό της πανδημίας COVID-19, οι αξιωματούχοι υγείας συνιστούν στους πολίτες να φορούν μάσκες στο κοινό, ειδικά σε καταστάσεις όπου η σωματική απόσταση είναι δύσκολη ή αδύνατη. Ενώ οποιαδήποτε μάσκα είναι καλύτερη από καθόλου μάσκα, η συναίνεση είναι ότι οι χειρουργικές μάσκες που κατασκευάζονται από μη υφασμένες πολυμερείς ίνες είναι από τους καλύτερους τύπους διαθέσιμους για ευρεία χρήση εκτός του νοσοκομείου.
Τέτοιες μάσκες έχουν, ωστόσο, περιορισμούς. Ενώ βοηθούν στην αποτροπή ιών (συμπεριλαμβανομένου του SARS-CoV-2, της αιτίας της τρέχουσας πανδημίας) από την είσοδο στη μύτη και το στόμα του χρήστη μέσω σταγονιδίων που δημιουργούνται όταν ένα μολυσμένο άτομο φτερνίζεται, βήχει ή μιλάει, τα σταγονίδια με ιό τείνουν να παραμένουν στη μάσκα . Αυτό σημαίνει ότι οι μάσκες πρέπει είτε να απορρίπτονται μετά από κάθε χρήση είτε να αποστειρώνονται πριν από την επαναχρησιμοποίηση. Καμία από τις επιλογές δεν είναι ελκυστική, καθώς οι μάσκες με βάση το πολυμερές είναι δύσκολο να αποστειρωθούν ακόμη και με ατμό, ενώ η απόρριψή τους αποτελεί περιβαλλοντική πρόκληση. Τα εκτιμώμενα 40 εκατομμύρια τεμάχια προστατευτικών εργαλείων που παράγονται παγκοσμίως καθημερινά αντιστοιχούν σε καθημερινά απόβλητα 15.000 τόνων – πολλά από τα οποία πρέπει να αποτεφρωθούν, αυξάνοντας τις εκπομπές άνθρακα.
Υπερϋδροφοβικές επιφάνειες
Μια πιθανή λύση έγκειται στην κατασκευή μάσκες που είναι υπερϋδροφοβικές, πράγμα που σημαίνει ότι απωθούν έντονα τα υδατικά υγρά. Οι ερευνητές έχουν προηγουμένως κατασκευάσει προηγμένες υπερϋδροφοβικές νανοδομημένες επιφάνειες από υλικά όπως φθοριωμένα πολυμερή, μεταλλικά νανοσύρματα και, πιο πρόσφατα, γραφένιο. Ορισμένα από αυτά τα υλικά θα μπορούσαν να έχουν ιατρικές εφαρμογές, αλλά σύμφωνα με τον Li, οι δυνατότητές τους δεν έχουν διερευνηθεί πλήρως. «Από όσο γνωρίζουμε, τέτοια υλικά δεν έχουν χρησιμοποιηθεί ποτέ σε χειρουργικές μάσκες», λέει.
Ο Li και οι συνεργάτες του ξεκίνησαν συνθέτοντας γραφένιο χρησιμοποιώντας μια τεχνική λέιζερ χαμηλού κόστους που θερμαίνει πρόδρομους όπως πολυϊμίδιο, SPEEK και Bakelite. Έκαναν το φύλλο άνθρακα υπερβολικά υδρόφοβο ελέγχοντας τις παραμέτρους κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας με λέιζερ.
Στη συνέχεια, χρησιμοποίησαν μια νέα τεχνική, που αναπτύχθηκε στο εργαστήριό τους, για να τοποθετήσουν μερικά στρώματα αυτού του γραφενίου σε εμπορικές χειρουργικές μάσκες. Αυτή η νέα διαδικασία είναι γνωστή ως διπλή λειτουργία προαγωγής προαγωγής με λέιζερ (LIFT) και χρησιμοποιεί παλμική δέσμη λέιζερ με διάρκεια παλμού 10 ns. Αυτό το μικρό μήκος παλμού σημαίνει ότι η ορμή των φωτονίων είναι αρκετά υψηλή για να μεταφέρει το γραφένιο χωρίς να αυξήσει σημαντικά τη θερμοκρασία της μάσκας – ένα σημαντικό σημείο, εξηγεί ο Li, επειδή το σημείο τήξης των πολυμερών ινών στη μάσκα είναι μόνο 130 ° C. Η μέθοδος LIFT είναι επίσης συμβατή με ένα σύστημα roll-to-roll, που σημαίνει ότι μπορεί εύκολα να ενσωματωθεί σε υπάρχουσες αυτοματοποιημένες γραμμές παραγωγής μάσκας, προσθέτει.
Σταγονίδια νερού ξεδιπλώνονται
Δεδομένου ότι το γραφένιο είναι υπερϋδροφοβικό, είναι αυτοκαθαριζόμενο, όπως ένα φύλλο λωτού, λέει ο Li στην Physics World . Πράγματι, τα σταγονίδια νερού κυλούν ελεύθερα από την επιφάνεια της μάσκας προτού να έχουν χρόνο να την κολλήσουν.
Ένα άλλο όφελος, λένε οι ερευνητές, είναι ότι μπορούν να αποστειρώσουν τις μάσκες με επικάλυψη γραφενίου απλώς εκθέτοντάς τους στο ηλιακό φως για 40 έως 100 δευτερόλεπτα. Αυτό είναι εφικτό επειδή το γραφένιο απορροφά πάνω από το 95% του φωτός στο ηλιακό φάσμα από 300 έως 2500 nm, έτσι οι επικαλυμμένες μάσκες αυξάνουν γρήγορα τη θερμοκρασία, φτάνοντας τους 70 ° C μετά από 40 δευτερόλεπτα ηλιακού φωτισμού και πάνω από 80 ° C μετά από 100 δευτερόλεπτα. Αυτό είναι αρκετά υψηλό για να απενεργοποιήσει τους περισσότερους τύπους ιών, πράγμα που σημαίνει ότι η μάσκα μπορεί στη συνέχεια να επαναχρησιμοποιηθεί ή (εάν έχει υποστεί ζημιά) να ανακυκλωθεί με ασφάλεια. Αντιθέτως, οι μάσκες χωρίς επίστρωση γραφενίου δεν παρουσιάζουν αυτό το φωτοθερμικό αποτέλεσμα, καθώς απορροφούν το φως του ήλιου μόνο ασθενώς. Ακόμα και μετά από 5 λεπτά ηλιακού φωτισμού, η θερμοκρασία τους δεν υπερβαίνει τους 50 ° C, εξηγεί ο Li.
Τα φίλτρα γραφενίου μεγαλώνουν
Δοκιμή για αντιική ικανότητα
Η Valentina Palmieri , μια ερευνητής στο Ινστιτούτο Συγκροτημάτων Συστημάτων της Ιταλίας που δεν συμμετείχε στη μελέτη PolyU, επαινεί την ομάδα του Li για την ανάπτυξη ενός τρόπου μεταφοράς του γραφενίου σε χειρουργικές μάσκες και λέει ότι η χρήση των ιδιοτήτων απορρόφησης φωτός του γραφενίου για την ανακύκλωση και την αποστείρωση είναι «Μια εφικτή προσέγγιση». Ως συγγραφέας μιας πρόσφατης εργασίας με τίτλο «Μπορεί το γραφένιο να συμμετάσχει στην καταπολέμηση του COVID-19V;», Η Palmieri επισημαίνει ότι μια παρόμοια διαδικασία με βάση το φως θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για την αποστείρωση φίλτρων αέρα περιβάλλοντος με επικάλυψη γραφενίου. Σημειώνει επίσης ότι το γραφένιο μεγάλης επιφάνειας έχει ήδη χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή αισθητήρων ενσωματωμένων σε υφάσματα, καθώς και πλατφόρμες που χρησιμοποιούν σύζευξη αντισωμάτων για τη διάγνωση νόσων. Σε ορισμένες περιπτώσεις, το ίδιο το νανοϋλικό εμφάνισε αντιική ικανότητα.
Η ομάδα PolyU, που αναφέρει τη δουλειά τους στο ACS Nano , λέει ότι έχουν δοκιμάσει επιτυχώς το LIFT graphene εναντίον βακτηρίων E. coli . Σκοπεύουν τώρα να δοκιμάσουν τις μάσκες με επικάλυψη γραφενίου έναντι ιών, συμπεριλαμβανομένου του SARS-CoV-2
Passipoularidou's weblog 
Σχολιάστε