Nanotech antimikrobielle masker filtrerer 99,9% af bakterierne, vira, og uklarhedspartikler

Materialeforskere fra Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) har udviklet en genanvendelig "nanotech-maske", der kan filtrere 99,9 procent af bakterierne, vira og partikler (PM), samt dræbe bakterier.

Dens nye antimikrobielle belægning dræber bakterier inden for 45 sekunder og er effektiv i mindst 144 timer (seks dage).

Dens filtreringseffektivitet overgår N95-maskernes (95 procent filtrering af PM0.3) og kan vaskes og genbruges over 10 gange.

I midten af ​​maj Singapore strammede sine COVID-19-foranstaltninger, da landet stod over for en stigning i antallet af infektioner, og befolkningen blev rådet til at bruge ansigtsmasker med høj filtreringsevne for at hjælpe med at bremse spredningen af ​​coronavirus.

Den indbyggede NTU-maske består af to nøglekomponenter:en antimikrobiel belægning lavet af kobbernanopartikler udviklet og patenteret af professor Lam Yeng Ming, belagt på en stofmaske opfundet af lektor Liu Zheng, som har en unik dielektrisk egenskab, der tiltrækker alle nanopartikler og bakterier.

Prof Lam, som også er formand for NTU's School of Materials Science and Engineering, sagde, at deres maskeprototype kombinerer de to mest ønskede egenskaber, der er nødvendige for at bekæmpe COVID-19, i et enkelt filter.

"I eksperimenter, vores kobber nanopartikelbelægning har en ekstrem hurtig og vedvarende antibakteriel aktivitet, med en dræbende effektivitet på op til 99,9 procent, når den møder multi-lægemiddelresistente bakterier. Denne belægning hjælper med at reducere spredningen af ​​bakterier, da den dræber mikrober i dråber fanget af maskefibrene, som giver fremragende filtreringseffektivitet. Dette skulle give brugerne et dobbelt lag af beskyttelse sammenlignet med konventionelle kirurgiske masker, " forklarede prof Lam.

Eksperimenter med maskens antibakterielle effektivitet blev udført i samarbejde med forskere fra National University of Singapore (NUS). De simulerede virkelige forhold ved at introducere multi-lægemiddelresistente bakterier i dråbeform på stofoverflader og observerede, at næsten alle bakterierne var døde efter 45 sekunder.

Årsagen til effektiviteten af ​​den antimikrobielle belægning var dobbelt:den første er den ekstremt lille størrelse af nanopartiklerne, som er omkring 1, 000 gange mindre end bredden af ​​et menneskehår. I fællesskab millioner af nanopartikler giver et enormt overfladeareal, som vira og bakterier kan komme i kontakt med, sammenlignet med større partikler.

Den anden er det høje niveau af oxidativ skade forårsaget af kobberoxidmaterialet. Kobberoxid inducerer dannelsen af ​​reaktive oxygenarter, resulterer i DNA-beskadigelse af vigtige cellestrukturer i bakterierne, såsom cellemembranen, ødelægger det alvorligt og får bakterierne til at dø.

For at gøre det nemt at anvende, den antimikrobielle nanopartikelopløsning er designet til at blive spray-coated på alle bløde og hårde overflader.

Forskellige peer-reviewede undersøgelser har vist, at kobberoxid er effektivt til at dræbe vira, såsom den nylige undersøgelse offentliggjort i ACS anvendte materialer og grænseflader af University of Hong Kong og Virginia Tech, hvor dørhåndtag var belagt med et lag kobberoxidmateriale.

NTU-holdet testede deres nanopartikelbelægning under barske forhold for 120 vaskecyklusser (i nærværelse af sæbe eller dets aktive komponenter ved 45 grader C) og fandt ud af, at der næsten ikke var noget kobbertab - hvilket udgør en meget lille risiko for toksicitet for mennesker.

Nanopartiklerne er også bundet til fibrene i masken, så der er ingen kontakt med menneskelig hud, når masken bæres.

Maskens overlegne fangstevne

At dræbe vira og bakterier ville kun virke, hvis masken er i stand til at fange og forhindre dem i at passere igennem. Det var her Assoc Prof Lius gennembrud kom til nytte.

Sidste år, hans team udviklede en måde at integrere dielektriske materialer til plastfibre under fremstillingsprocessen af ​​et uvævet stoffilter lavet af polypropylen (PP), almindeligt anvendt i kirurgiske engangsmasker, der bruges af hospitaler. Dette blev gjort i samarbejde med professor Guan Li fra Renmin University of China.

De dielektriske materialer har fremragende elektrostatiske egenskaber, som kan tiltrække og binde sig til partikler med en negativ eller positiv ladning, ligner hvordan magneter tiltrækker metalpartikler.

Fremstillet af fibre med en diameter på 200 til 300 nanometer, masken har et højere overfladeareal, der sænker åndedrætsmodstanden - hvilket gør det nemt for dens bærer at trække vejret sammenlignet med konventionelle N95 åndedrætsværn, som er tættere.

I test, næste generations dielektriske kompositstof havde 50 procent højere filtreringseffektivitet end rene PP-masker, som almindeligvis vurderes til 95 procent BFE (bakteriel filtreringseffektivitet).

Professor Liu sagde:"Med vores nye kompositfilter, vi kan opnå op til 99,9 procent BFE, fanger næsten alle mikrober og partikler fra røg eller dis. Dens filtreringseffektivitet overgår en N95 maske, men gør det muligt for bæreren at trække vejret meget lettere.

"Vigtigere, det kan nemt masseproduceres ved hjælp af den nuværende produktionsproces. Det kan også vaskes mere end 10 gange, før det mister filtreringseffektivitet, gør det mere bæredygtigt end nuværende engangsmasker."

I eksperimenter, masken var i stand til at tiltrække og fange en bred vifte af partikler:fra PM10 (gennemsnitlig partikelstørrelse på 10 mikron) til PM0,3 (0,3 mikron - omkring 0,3 procent af diameteren af ​​et menneskehår) med en filtreringseffektivitet på 99,9 procent .

Den antimikrobielle coating har et patent indgivet gennem NTU's virksomhed og innovationsvirksomhed, NTUitiv, og Prof Lams team arbejder allerede med en lokal virksomhed for at belægge det på deres produkter.

Assoc Prof Lius dielektriske kompositstofmateriale bruges nu af en oversøisk producent til at fremstille N95-masker, der er lige så lette at ånde som kirurgiske engangsmasker, og som er kommercielt tilgængelige.

Holdet søger nu at arbejde med lokale industripartnere, som er ivrige efter at licensere og opskalere produktionen af ​​deres 2-i-1-maske, og som i øjeblikket forbereder videnskabelige artikler til indsendelse i videnskabelige tidsskrifter.

NTU-forskere har arbejdet på at udvikle løsninger i den globale kamp mod COVID-19.

Disse omfatter innovationer såsom autonome desinfektionsrobotter, COVID-19 hurtige testsæt og en alkometer, en smart maske, antimikrobielle belægninger, samt grundlæggende forskning i coronavirus for at finde nye lægemiddelmål for behandling og vaccineudvikling.

Sundhedspleje er en af ​​menneskehedens store udfordringer, som NTU søger at løse under NTU 2025-strategiplanen.