Forskere laver virusbekæmpende ansigtsmasker

Forskere fra Rensselaer Polytechnic Institute har udviklet en tilgængelig måde at gøre N95-ansigtsmasker til ikke kun effektive barrierer mod bakterier, men også bakteriedræbere, der er i kontakt. De antivirale, antibakterielle masker kan potentielt bruges længere, hvilket medfører mindre plastikaffald, da maskerne ikke skal udskiftes så ofte.

Helen Zha, assisterende professor i kemisk og biologisk ingeniørvidenskab og medlem af Center for Bioteknologi og Interdisciplinære Studier ved Rensselaer (CBIS), samarbejdede med Edmund Palermo, lektor i materialevidenskab og -teknik og medlem af Center for Materialer, Enheder, og integrerede systemer (cMDIS) hos Rensselaer, til at bekæmpe smitsom luftvejssygdom og miljøforurening med den perfekte opskrift til at forbedre ansigtsmasker.

"Dette var en mangefacetteret materialeingeniørudfordring med et fantastisk, mangfoldigt team af samarbejdspartnere," sagde Palermo. "Vi mener, at arbejdet er et første skridt mod længerevarende, selvsteriliserende personligt beskyttelsesudstyr, såsom N95-respiratoren. Det kan hjælpe med at reducere overførslen af ​​luftbårne patogener generelt."

I forskning for nylig offentliggjort i ACS Applied Materials &Interfaces , holdet med succes podet bredspektrede antimikrobielle polymerer på polypropylenfiltrene, der bruges i N95 ansigtsmasker.

"De aktive filtreringslag i N95-masker er meget følsomme over for kemisk modifikation," sagde Zha. "Det kan få dem til at præstere dårligere med hensyn til filtrering, så de i bund og grund ikke længere fungerer som N95'ere. De er lavet af polypropylen, som er svært at modificere kemisk. En anden udfordring er, at man ikke vil forstyrre det meget fine netværk af fibre i disse masker, hvilket kan gøre dem sværere at trække vejret igennem."

Zha og Palermo, sammen med andre forskere fra Rensselaer, Michigan Technological Institute og Massachusetts Institute of Technology, vedhæftede kovalent antimikrobielle kvaternære ammoniumpolymerer til fiberoverfladerne af nonwoven polypropylenstoffer ved hjælp af ultraviolet (UV)-initieret podning. Stofferne blev doneret af Hills Inc. med tilladelse fra Rensselaer-alumnen Tim Robson.

"Den proces, vi udviklede, bruger en virkelig simpel kemi til at skabe denne ikke-udvaskende polymerbelægning, der kan dræbe vira og bakterier ved i det væsentlige at bryde deres ydre lag op," sagde Zha. "Det er meget ligetil og en potentielt skalerbar metode."

Holdet brugte kun UV-lys og acetone i deres proces, som er bredt tilgængelige, for at gøre det nemt at implementere. Oven i købet kan processen anvendes på allerede fremstillede polypropylenfiltre i stedet for at nødvendiggøre udviklingen af ​​nye.

Holdet så et fald i filtreringseffektiviteten, da processen blev påført direkte på filtreringslaget af N95-masker, men løsningen er ligetil. Brugeren kunne bære en uændret N95-maske sammen med et andet polypropylenlag med den antimikrobielle polymer ovenpå. I fremtiden kan producenterne lave en maske med den antimikrobielle polymer indarbejdet i det øverste lag.

Takket være en bevilling fra National Science Foundation Rapid Response Research (RAPID) startede Zha og Palermo deres forskning i 2020, da N95-ansigtsmasker var en mangelvare.

Sundhedspersonale genbrugte endda masker, der var beregnet til engangsbrug. Spol frem til 2022, og ansigtsmasker af alle typer er nu bredt tilgængelige. Men COVID-raterne er stadig høje, truslen om endnu en pandemi i fremtiden er en klar mulighed, og engangsmasker til engangsbrug hober sig op på lossepladser.

"Forhåbentlig er vi på den anden side af COVID-pandemien," sagde Zha. "Men denne form for teknologi bliver stadig vigtigere. Truslen om sygdomme forårsaget af luftbårne mikrober forsvinder ikke. Det er på tide, at vi forbedrer ydeevnen og bæredygtigheden af ​​de materialer, vi bruger til at beskytte os selv."

"At knytte kemiske grupper, der dræber vira eller bakterier ved kontakt til polypropylen, er en smart strategi," sagde Shekhar Garde, dekan for School of Engineering ved Rensselaer. "I betragtning af overfloden af ​​polypropylen i det daglige liv, er denne strategi måske også nyttig i mange andre sammenhænge." + Udforsk yderligere

Ny undersøgelse foreslår et lavpris, højeffektivt maskedesign