Selvhelbredende omvendt filter åbner døren for mange nye anvendelser

En selvhelbredende membran, der fungerer som et omvendt filter, blokerer små partikler og slipper store igennem, er "lige ud af science fiction"-værket af et hold af Penn State mekaniske ingeniører.

"Konventionelle filtre, som dem der bruges til at lave kaffe, tillade små genstande at passere igennem, mens større genstande holdes inde, sagde Birgitt Boschitsch, kandidatstuderende i maskinteknik.

Hun og forskerholdet, imidlertid, udviklede det stik modsatte, et stabiliseret flydende materiale, der skærmer mindre genstande ud og samtidig tillader større at passere igennem. Undersøgelsen blev offentliggjort i dag (24. august) online i Videnskabens fremskridt .

Holdet eksperimenterede med væsker for deres unikke egenskaber.

"Hvis du putter din finger i et glas vand og tager det ud, vandets overflade heler sig selv, " forklarede Tak-Sing Wong, Wormley Family Early Career Professor og adjunkt i mekanisk og biomedicinsk teknik.

Denne nyudviklede membran gør det samme, men i modsætning til konventionelle filtre, denne adskiller ikke objekter efter størrelse. I stedet, det reagerer på et objekts kinetik, eller bevægelse, energi.

"Typisk, et mindre objekt er forbundet med lavere kinetisk energi på grund af dets mindre masse, " sagde Wong. "Så, det større objekt med en højere kinetisk energi vil passere gennem membranen, mens det mindre objekt med lavere kinetisk energi vil blive bibeholdt."

Ud over, membranen vikler sig rundt om genstanden, når den passerer igennem, lader membranen fuldstændigt selvhelende over toppen af ​​genstanden, der passerer gennem den.

I sin enkleste form, membranen kan skabes med vand og et stof, der stabiliserer grænsefladen mellem væske og luft, og har en struktur svarende til den af ​​en biologisk cellemembran. For at skabe den første prototype, holdet brugte en simpel sæbefilm. Komponenterne kan derefter modificeres og optimeres til at tjene unikke formål, såsom forbedret mekanisk robusthed, antibakterielle egenskaber, eller lugt-neutralisering.

"Du kan tilføje komponenter, der får membranen til at holde længere, eller komponenter, der tillader den at blokere visse gasser, "Forklarede Boschitsch. "Der er uendelige mulige tilsætningsstoffer at vælge imellem for at skræddersy en membran til den aktuelle anvendelse."

Ser frem til, forskerne forestiller sig et vilkårligt antal kreative, virkelige applikationer til membranen. Hvis læger skal udføre åben operation uden en ren operationsstue, en potentiel situation i fjerntliggende områder eller på militære slagmarker, dette materiale kan fungere som en kirurgisk film for at hjælpe med at kopiere det rene miljø, der er nødvendigt for at fungere sikkert.

Ikke alene kunne membranen fungere som en partikelbarriere, men de selvhelbredende egenskaber ville også tillade medicinsk udstyr såsom kirurgiske værktøjer at passere igennem, mens forurenende stoffer forbliver ude.

"Membranfilteret kan potentielt forhindre bakterier, støv eller allergener fra at nå et åbent sår, samtidig med at lægen stadig kan udføre operationen sikkert, " sagde Wong. "Denne membran kunne gøre dette muligt."

Forskningen kan også påvirke udviklingsregioner, hvor der er sanitære problemer.

"En milliard mennesker i verden gør stadig åbent afføring af mange årsager, et væsen, at latriner lugter dårligt, Boschitsch forklarede. "Men hvis dette kunne anvendes på de toiletter, det kunne tillade fast affald at passere gennem membranen, mens de lugtfremkaldende gasser forbliver fanget."

Det er potentialet for virkning fra den virkelige verden, der inspirerer holdet.

"Jeg har altid været interesseret i at udvikle teknologier, der direkte kan hjælpe mennesker, " sagde Boschitsch. "At lave noget, der kan løse en udfordring, som menneskeheden står over for, i et udviklingsland f.eks. er noget, jeg finder meningsfuldt."

Ser på fremtiden, holdet planlægger at videreudvikle membranen med forbedrede funktioner, og at samarbejde med andre forskere for at teste og tilpasse denne membran til praktiske anvendelser. "Himlen er virkelig grænsen, " sagde Wong.