Kobberbelægning på 3-D-printede plastikfiltre foreslået som en pandemibekæmper

I den igangværende kamp mod COVID-19, eksperter i mikrobiologi og kobber anbefaler en udvidet brug af metallet for at mindske virussens spredning. Så kunne kobber være inkorporeret i konstruktionen af ​​masker, den universelt accepterede virusbekæmpende personlige genstand?

Det er, hvad Jing Zhang fra School of Engineering and Technology ved IUPUI og et team af forskere gør, bruge en kobberbelægning på 3-D-printede plastikfiltre for at skabe mere effektive masker og åndedrætsværn.

"En undersøgelse i 2015, finansieret af det amerikanske forsvarsministerium, sagde, at en kobberlegering kan dræbe 58 procent af infektionerne, " sagde Zhang, en lektor ved Institut for Maskin- og Energiteknik. "Vi kan bruge kobberbelægning til at dække nogle overflader, der ofte berøres, såsom dørhåndtag og elevatorknapper; det inspirerede mig til at se, hvordan vi kunne kombinere det, der ligner næsten et magisk metal, til et maskedesign."

Udfordringen var at finde en struktur, der udelukker bittesmå aerosolpartikler og samtidig sørger for ordentlig ventilation til vejrtrækning, og naturen havde et svar - gællerne på fisk. Gæller tillader fisk at trække ilt fra vand, og det design er indarbejdet i prototypemasken.

"Vi ved, hvordan naturen fungerer, så vi måtte finde ud af, hvordan vi kunne lave det til en kunstig struktur, " sagde Zhang, hvis forskningsinteresser i 3-D print kom i spil.

I prototypen, en ring med V-formede finner, "en struktur, der svarer til gælletråden, blev designet til at øge overfladearealet, hvor luft passerer gennem flere kanaler. To tilgange til at skabe, der er at bruge en grøn-laser metal 3-D printer til direkte at reproducere den komplekse kobber struktur eller, på en endnu mere økonomisk måde at skabe designet, 3D-printning af en plaststruktur efterfulgt af galvanisering, hvor den 3-D-printede plastkomponent smeltes sammen i en flydende opløsning fuld af kobberioner, og ionerne migreres og dækker overfladen under elektrisk felt.

Samarbejdspartner Jingzhi Pu, fra Institut for Kemi og Kemisk Biologi på School of Science ved IUPUI, fortsætter med at se på, hvordan kobberioner deaktiverer virussens funktion ved hjælp af simuleringer af molekylær dynamik. Medarbejder Ryan Ford Relich, direktør for klinisk mikrobiologi og serologi hos Eskenazi Health, hjælper med laboratorietest, der forhåbentlig vil føre til en fungerende prototype til oktober. Kandidatstuderende i Zhangs gruppe, Xuehui Yang og Tejesh Dube, hjælper også med projektet.

"Jeg tror, ​​at dette kan bruges på daglig basis, mens det også kan anvendes til andre systemer, såsom luftventilationsfiltre i bygninger og fly, der kræver langvarig brug, " sagde Zhang. "Kobber er genanvendeligt og let at rengøre, meget overkommelig, og miljøvenlig."