แผ่นกรองอากาศ Graphene ดักจับและฆ่าเชื้อแบคทีเรีย
นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาตัวกรองกราฟีนที่ฆ่าเชื้อซึ่งดักจับจุลินทรีย์และผลิตภัณฑ์ที่เป็นอันตรายจากอากาศและทำลายพวกมัน พวกเขามองเห็นอุปกรณ์ที่มีประโยชน์ในโรงพยาบาลและสถานพยาบาลอื่น ๆ
ในแต่ละปีมีผู้ป่วยประมาณ 1 ใน 25 รายในสหรัฐอเมริกาได้รับการติดเชื้ออย่างน้อยหนึ่งครั้งเนื่องจากการดูแลในโรงพยาบาลตามข้อมูลของศูนย์ควบคุมและป้องกันโรค (CDC)
กระดาษล่าสุดในวารสาร ACS นาโน อธิบายถึงตัวกรองกราฟีนที่ฆ่าเชื้อด้วยตนเองและวิธีดำเนินการในการทดสอบ
อุปกรณ์ดังกล่าวเป็นผลงานการวิจัยของ James M.Tour ผู้เขียนอาวุโสด้านการศึกษาและทีมงานของเขาที่ Rice University ในฮูสตันเท็กซัสซึ่ง Tour ดำรงตำแหน่งศาสตราจารย์ด้านวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมนาโนตลอดจนเคมีและวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์
“ ผู้ป่วยจำนวนมากติดเชื้อแบคทีเรียและผลิตภัณฑ์เมตาบอลิซึมซึ่งอาจส่งผลให้เกิดภาวะติดเชื้อในโรงพยาบาลได้” ศ. ทัวร์กล่าว
ฟิลเตอร์ประกอบด้วยเทคโนโลยีกราฟีน (LIG) ที่เหนี่ยวนำด้วยเลเซอร์ กราฟีนเป็นคาร์บอนรูปแบบหนึ่งที่บางมากแข็งแรงมากและสามารถนำไฟฟ้าได้
กราฟีนมีแอพพลิเคชั่นมากมายซึ่งนอกเหนือจากการแพทย์แล้วยังมีตั้งแต่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดิจิทัลไปจนถึงวิศวกรรมการบินและอวกาศ
แผ่นกรองอากาศกราฟีนฆ่าเชื้อด้วยตนเอง
LIG เป็นโฟมกราฟีนที่มีรูพรุนซึ่งเกิดขึ้นเมื่อเครื่องตัดเลเซอร์อุตสาหกรรมให้ความร้อนกับพื้นผิวของแผ่นโพลีอิไมด์ซึ่งเป็นโพลิเมอร์ที่มีความแข็งแรงสูงทั่วไป
ตั้งแต่ศ. ทัวร์และทีมงานของเขาได้ค้นพบกระบวนการผลิต LIG ในปี 2014 ทำให้เกิดแอพพลิเคชั่นมากมายตั้งแต่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ไปจนถึงงานศิลปะ
ทีมงานพบว่าพวกเขาสามารถดัดแปลง LIG เพื่อใช้เป็นตัวกรองได้โดยสร้างกราฟีนทั้งสองด้านของโพลีอิไมด์ สิ่งนี้ก่อให้เกิดโครงตาข่าย 3 มิติที่บาง แต่แข็งแรงของโพลีเมอร์ที่เสริมโฟมกราฟีน
ในที่สุดพวกเขาพบว่าพวกเขาสามารถสร้างตัวกรองที่ประกอบด้วยป่าทึบของเส้นใยกราฟีนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าบนเตียงของผ้าปูที่นอน
เนื่องจากโครงสร้างของมันแผ่นกรองโฟมสามารถจับจุลินทรีย์เช่นแบคทีเรียและเชื้อรารวมทั้งสารปนเปื้อนในอากาศอื่น ๆ เช่นสปอร์พรีออนและสารประกอบที่เป็นพิษต่างๆที่มีอยู่ในละอองลอยละอองและอนุภาคต่างๆ
ตัวกรองดักจับและทำลายสิ่งที่จับได้โดยให้ความร้อนเป็นระยะ ๆ ถึงอุณหภูมิ 350 ° C (660 ° F) อันเป็นผลมาจากกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน ไม่ต้องใช้พลังงานมากในการเข้าถึงอุณหภูมินี้และใช้เวลาเพียงไม่กี่วินาทีในการทำให้เย็นลงอีกครั้ง
ทำลายโมเลกุลที่เป็นอันตราย
อุณหภูมิ 350 ° C ร้อนพอที่จะฆ่าจุลินทรีย์และผลพลอยได้ใด ๆ ที่สามารถเลี้ยงจุลินทรีย์ใหม่ได้ตลอดจน "โมเลกุลใด ๆ ที่อาจทำให้เกิดอาการไม่พึงประสงค์และโรคทางชีวภาพ" ผู้เขียนตั้งข้อสังเกต
“ โมเลกุลเหล่านี้ ได้แก่ ไพโรเจนสารก่อภูมิแพ้เอ็กโซทอกซินเอนโดทอกซินไมโคทอกซินกรดนิวคลีอิกและพรีออน” พวกเขากล่าวเสริม
“ เราต้องการวิธีการอื่น ๆ มากกว่านี้” ศ. ทัวร์อธิบาย“ เพื่อต่อสู้กับการถ่ายเททางอากาศของแบคทีเรียไม่เพียง แต่ยังรวมถึงผลิตภัณฑ์ขั้นปลายซึ่งอาจทำให้เกิดปฏิกิริยารุนแรงในผู้ป่วยได้”
“ ผลิตภัณฑ์เหล่านี้บางอย่างเช่นเอนโดทอกซินต้องสัมผัสกับอุณหภูมิ 300 องศาเซลเซียสเพื่อปิดการใช้งาน” เขากล่าวเสริม
ศ. ทัวร์ชี้ให้เห็นว่าการทำลายโมเลกุลที่สร้างแบคทีเรียจะช่วยลดความเสี่ยงในการแพร่กระจายในกลุ่มผู้ป่วยได้อย่างมากส่งผลให้การรักษาในโรงพยาบาลสั้นลงเจ็บป่วยน้อยลงและเสียชีวิตน้อยลง
เขาและทีมงานเชื่อว่าตัวกรอง LIG ที่สร้างขึ้นเองเพียงตัวเดียวสามารถแทนที่ตัวกรองสองตัวที่โรงพยาบาลต้องติดตั้งในระบบระบายอากาศเพื่อให้เป็นไปตามกฎระเบียบของรัฐบาลกลาง
ในเอกสารการศึกษาของพวกเขานักวิจัยอธิบายถึงวิธีการทดสอบตัวกรอง LIG โดยใช้ระบบกรองอากาศสูญญากาศเชิงพาณิชย์ที่ทำงานโดยการดูดอากาศในอัตรา 10 ลิตรต่อนาที
พวกเขาทำการทดสอบเป็นเวลา 90 ชั่วโมงโดยไม่หยุดผลการศึกษาพบว่าวิธีการให้ความร้อนประสบความสำเร็จในการฆ่าเชื้อตัวกรองของเชื้อโรคและผลพลอยได้ทั้งหมด
แผ่นกรองอากาศที่อาจใช้งานได้นานขึ้น
จากการทดสอบการเพาะเลี้ยงทีมงานยังพบว่าแบคทีเรียไม่ผ่านตัวกรอง LIG การทดสอบนี้เกี่ยวข้องกับการเพาะเลี้ยงแบคทีเรียบนเมมเบรนด้านท้ายน้ำของตัวกรอง
นักวิจัยยังบ่มตัวกรองที่ใช้แล้วเป็นเวลา 130 ชั่วโมงหลังการใช้งาน 90 ชั่วโมงและตรวจสอบ พวกเขาเปรียบเทียบผลลัพธ์กับตัวกรองที่ผ่านการบ่มซึ่งไม่ผ่านความร้อนใด ๆ
ผลการวิจัยพบว่าฟิลเตอร์ LIG ที่ใช้แล้วซึ่งผ่านการอบด้วยความร้อนซ้ำ ๆ ที่อุณหภูมิสูงกว่า 300 ° C ไม่พบแบคทีเรียใด ๆ ในระหว่างการฟักตัว นี่ไม่ใช่กรณีของตัวกรอง LIG ที่ไม่ได้รับความร้อน
ทีมงานแสดงให้เห็นว่าความสามารถในการฆ่าเชื้อด้วยตัวเองสามารถทำให้ตัวกรอง LIG มีอายุการใช้งานยาวนานขึ้นเพื่อให้ผู้ใช้ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนบ่อยเหมือนกับตัวกรองอากาศทั่วไป
ศ. ทัวร์ยังเล็งเห็นถึงการใช้ตัวกรอง LIG ในเครื่องบินพาณิชย์
“ โลกต้องการแนวทางมานานแล้วเพื่อลดการถ่ายเทของเชื้อโรคในอากาศและผลิตภัณฑ์ที่เป็นอันตรายที่เกี่ยวข้อง”
ศ. เจมส์เอ็ม. ทัวร์
