Filtro de ar de grafeno retém e mata bactérias

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A cada ano, cerca de 1 em cada 25 pacientes nos Estados Unidos adquirem pelo menos uma infecção devido a cuidados hospitalares, de acordo com o Centers for Disease Control and Prevention (CDC).

Um artigo recente na revista ACS Nano descreve o filtro de grafeno auto-esterilizante e como ele foi executado nos testes.

O dispositivo é uma criação do autor sênior do estudo James M. Tour, Ph.D., e sua equipe na Universidade Rice, em Houston, TX, onde Tour é professor de ciência dos materiais e nanoengenharia, além de química e ciência da computação.

“Muitos pacientes são infectados por bactérias e seus produtos metabólicos, que, por exemplo, podem resultar em sepse enquanto estão no hospital”, diz o professor Tour.

O filtro incorpora a tecnologia de grafeno induzido por laser (LIG). O grafeno é uma forma de carbono extremamente fina, muito forte e capaz de conduzir eletricidade.

O grafeno tem muitas aplicações que, além da medicina, podem variar de eletrônica digital a engenharia aeroespacial.

Filtro de ar de grafeno auto-esterilizante

LIG é uma espuma de grafeno porosa que se forma quando um cortador a laser industrial aquece a superfície de uma folha de poliimida, um polímero comum de alta resistência.

Desde que o Prof. Tour e sua equipe descobriram o processo de fabricação da LIG em 2014, ele deu origem a muitas aplicações que vão da eletrônica à arte.

A equipe descobriu que eles poderiam adaptar o LIG para uso como filtro, formando grafeno nos dois lados da poliimida. Isso produz uma treliça 3D fina, mas forte, do polímero que reforça a espuma de grafeno.

Eventualmente, eles descobriram que poderiam construir um filtro compreendendo florestas grossas de fibras condutoras de grafeno em leitos de folhas intercaladas.

Devido à sua estrutura, o filtro de espuma pode capturar microorganismos, como bactérias e fungos, juntamente com outros contaminantes transportados pelo ar, como esporos, príons e vários compostos tóxicos presentes em aerossóis, gotículas e partículas.

O filtro intercepta e destrói o que captura ao aquecer periodicamente até uma temperatura de 350 ° C (660 ° F) como resultado da eletricidade que passa por ele. Ele não precisa de muita energia para atingir essa temperatura e leva apenas alguns segundos para esfriar novamente.

Destrói moléculas nocivas

A temperatura de 350 ° C é quente o suficiente para matar microorganismos e quaisquer subprodutos que possam alimentar novos micróbios, bem como quaisquer “moléculas que possam causar reações e doenças biológicas adversas”, observam os autores.

“Essas moléculas incluem pirogênios, alérgenos, exotoxinas, endotoxinas, micotoxinas, ácidos nucléicos e príons”, acrescentam.

“Precisamos de mais métodos”, explica o professor Tour, “para combater a transferência aérea não apenas de bactérias, mas também de seus produtos a jusante, que podem causar reações graves entre os pacientes”.

“Alguns desses produtos, como endotoxinas, precisam ser expostos a temperaturas de 300 ° C para desativá-los”, acrescenta.

O professor Tour sugere que a destruição de moléculas produtoras de bactérias reduziria significativamente o risco de disseminação entre os pacientes, resultando em hospitalizações mais curtas, menos doenças e menos mortes.

Ele e sua equipe acreditam que um único filtro LIG personalizado poderia substituir os dois filtros que os hospitais atualmente precisam instalar em seus sistemas de ventilação para cumprir com os regulamentos federais.

Em seu estudo, os pesquisadores descrevem como eles testaram o filtro LIG usando um sistema comercial de filtragem de ar a vácuo que funciona sugando ar a uma taxa de 10 litros por minuto.

Eles fizeram o teste por 90 horas sem parar. Os resultados mostraram que o método de aquecimento conseguiu esterilizar os filtros de todos os patógenos e seus subprodutos.

Filtro de ar com duração potencialmente mais longa

A partir de testes de cultura, a equipe também descobriu que as bactérias não passavam pelo filtro LIG. Os testes envolveram o cultivo de bactérias em uma membrana a jusante do filtro.

Os pesquisadores também incubaram os filtros usados ​​por 130 horas após as 90 horas de uso e os examinaram. Eles compararam os resultados com os de filtros incubados que não sofreram aquecimento.

Os resultados mostraram que os filtros LIG usados, que sofreram repetidos períodos de aquecimento a temperaturas acima de 300 ° C, não haviam recuperado nenhuma bactéria durante a incubação. Este não foi o caso dos filtros LIG não aquecidos.

A equipe sugere que a capacidade de esterilização automática poderia proporcionar uma vida útil mais longa aos filtros LIG, para que os usuários não precisassem substituí-los com a mesma frequência que os filtros de ar mais convencionais.

O Prof. Tour também prevê o uso de filtros LIG em aviões comerciais.

“O mundo há muito precisa de alguma abordagem para mitigar a transferência aérea de patógenos e seus produtos deletérios relacionados “.

James M. Tour