Las mascarillas faciales se han convertido en una herramienta importante en la lucha contra la pandemia de COVID-19. Sin embargo, el uso o la eliminación inadecuados de las mascarillas pueden provocar una "transmisión secundaria". Un equipo de investigación de la City University of Hong Kong CityU ha producido grafeno con éxitomáscaras con una eficacia antibacteriana del 80%, que se puede mejorar hasta casi el 100% con la exposición a la luz solar durante unos 10 minutos. Las pruebas iniciales también mostraron resultados muy prometedores en la desactivación de dos especies de coronavirus. Las máscaras de grafeno se producen fácilmentea bajo costo y puede ayudar a resolver los problemas de abastecimiento de materias primas y desecho de máscaras no biodegradables.
La investigación es realizada por el Dr. Ye Ruquan, profesor asistente del Departamento de Química de CityU, en colaboración con otros investigadores. Los hallazgos fueron publicados en la revista científica ACS Nano , titulado "Destrucción rápida de bacterias autoinformada y mejorada fototérmicamente en una máscara de grafeno inducida por láser".
Las mascarillas quirúrgicas de uso común no son antibacterianas. Esto puede conducir al riesgo de transmisión secundaria de una infección bacteriana cuando las personas tocan las superficies contaminadas de las mascarillas usadas o las desechan incorrectamente. Además, las telas fundidas por soplado utilizadas como antibacterianoEl filtro tiene un impacto en el medio ambiente, ya que son difíciles de descomponer, por lo que los científicos han estado buscando materiales alternativos para fabricar máscaras.
Conversión de otros materiales en grafeno por láser
El Dr. Ye ha estado estudiando el uso de grafeno inducido por láser en el desarrollo de energía sostenible. Cuando estaba estudiando un doctorado en la Universidad de Rice hace varios años, el equipo de investigación en el que participó y dirigido por su supervisor descubrió una manera fácil de producir grafeno.Descubrieron que la escritura directa en películas de poliimida que contienen carbono un material plástico polimérico con alta estabilidad térmica utilizando un CO comercial 2 El sistema láser infrarrojo puede generar grafeno poroso 3D. El láser cambia la estructura de la materia prima y, por lo tanto, genera grafeno. Por eso se le llama grafeno inducido por láser.
El grafeno es conocido por sus propiedades antibacterianas, por lo que ya en septiembre pasado, antes del brote de COVID-19, la producción de máscaras de rendimiento superior con grafeno inducido por láser ya pasó por la mente del Dr. Ye. Luego, inició el estudio encolaboración con investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong HKUST, la Universidad de Nankai y otras organizaciones.
Excelente eficacia antibacteriana
El equipo de investigación probó su grafeno inducido por láser con E. coli y logró una alta eficiencia antibacteriana de aproximadamente el 82%. En comparación, la eficacia antibacteriana de la fibra de carbón activado y las telas fundidas por soplado, ambas comúnmente-materiales usados en máscaras, fueron solo 2% y 9% respectivamente. Los resultados del experimento también mostraron que más del 90% de las E. coli depositadas en ellas permanecieron vivas incluso después de 8 horas, mientras que la mayoría de las E. coli depositadas en la superficie del grafeno fueronmuerto después de 8 horas. Además, el grafeno inducido por láser mostró una capacidad antibacteriana superior para las bacterias en aerosol.
El Dr. Ye dijo que se necesita más investigación sobre el mecanismo exacto de la propiedad de eliminación de bacterias del grafeno. Pero creía que podría estar relacionado con el daño de las membranas celulares bacterianas por el borde afilado del grafeno. Y las bacterias pueden morir por deshidratación inducida porla propiedad hidrofóbica repelente al agua del grafeno.
Estudios anteriores sugirieron que COVID-19 perdería su infectividad a altas temperaturas. Por lo tanto, el equipo llevó a cabo experimentos para probar si el efecto fototérmico del grafeno que produce calor después de absorber la luz puede mejorar el efecto antibacteriano. Los resultados mostraron que elLa eficiencia antibacteriana del material de grafeno podría mejorarse al 99,998% en 10 minutos bajo la luz solar, mientras que la fibra de carbón activado y las telas fundidas solo mostraron una eficiencia del 67% y 85% respectivamente.
El equipo está trabajando actualmente con laboratorios en China continental para probar el material de grafeno con dos especies de coronavirus humanos. Las pruebas iniciales mostraron que inactivó más del 90% del virus en cinco minutos y casi el 100% en 10 minutos bajo la luz solar.El equipo planea realizar pruebas con el virus COVID-19 más adelante.
El siguiente paso es mejorar aún más la eficacia del antivirus y desarrollar una estrategia reutilizable para la máscara. Esperan lanzarla al mercado poco después de diseñar una estructura óptima para la máscara y obtener las certificaciones.
El Dr. Ye describió la producción de grafeno inducido por láser como una "técnica verde". Todos los materiales que contienen carbono, como la celulosa o el papel, se pueden convertir en grafeno mediante esta técnica. Y la conversión se puede llevar a cabo en condiciones ambientalessin utilizar productos químicos distintos de las materias primas, ni causar contaminación. Y el consumo de energía es bajo.
"Las máscaras de grafeno inducidas por láser son reutilizables. Si se utilizan biomateriales para producir grafeno, puede ayudar a resolver el problema de obtener materia prima para las máscaras. Y puede reducir el impacto ambiental causado por las máscaras desechables no biodegradables".añadió.
El Dr. Ye señaló que producir grafeno inducido por láser es fácil. En solo un minuto y medio, un área de 100 cm² se puede convertir en grafeno como capa exterior o interior de la máscara. Dependiendo de las materias primas para producirdel grafeno, se espera que el precio de la máscara de grafeno inducida por láser esté entre el de la máscara quirúrgica y la máscara N95. Agregó que al ajustar la potencia del láser, el tamaño de los poros del material de grafeno se puede modificar para que la transpirabilidadser similar a las mascarillas quirúrgicas.
Una nueva forma de verificar el estado de la máscara
Para facilitar a los usuarios comprobar si las máscaras de grafeno todavía están en buenas condiciones después de haber sido utilizadas durante un período de tiempo, el equipo fabricó un generador hidroeléctrico. Funciona con electricidad generada a partir de la humedad del aliento humano. Al medir el cambio en elvoltaje inducido por la humedad cuando el usuario respira a través de una máscara de grafeno, proporciona un indicador de la condición de la máscara. Los resultados del experimento mostraron que cuanto más bacterias y partículas atmosféricas se acumulan en la superficie de la máscara, menor es el voltaje ".El estándar de la frecuencia con la que se debe cambiar una máscara es mejor que lo decidan los profesionales. Sin embargo, este método que usamos puede servir como referencia ", sugirió el Dr. Ye.
El Dr. Ye es uno de los autores correspondientes del artículo. Los otros dos autores correspondientes son el profesor Tang Benzhong de HKUST y el Dr. Zhu Chunlei de la Universidad de Nankai. El primer autor del artículo es Huang Libei, estudiante de doctorado del Dr. Ye. OtrosLos miembros del equipo de CityU son Xu Siyu, Su Jianjun y Song Yun, todos del Departamento de Química. Otros colaboradores incluyeron investigadores de HKUST, Universidad de Nankai, así como el Dr. Chen Sijie del Centro Ming Wai Lau de Medicina Reparativa, Instituto Karolinska.
El estudio fue apoyado por CityU y la Universidad de Nankai.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de la ciudad de Hong Kong . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :