Een titanaat nanodraadmasker dat ziekteverwekkers kan elimineren

Filter ‘papier’ gemaakt van titaniumoxide nanodraden is in staat ziekteverwekkers op te sluiten en te vernietigen met licht. Deze ontdekking door een EPFL-laboratorium zou kunnen worden toegepast in persoonlijke beschermingsmiddelen, maar ook in ventilatie- en airconditioningsystemen.

Als onderdeel van pogingen om de COVID-19-pandemie in te dammen, worden papieren maskers steeds vaker verplicht gesteld. Hun relatieve effectiviteit staat niet langer ter discussie, maar hun wijdverbreide gebruik heeft een aantal nadelen. Deze omvatten de milieu-impact van wegwerpmaskers gemaakt van lagen van niet-geweven polypropyleen plastic microvezels. Bovendien vangen ze alleen ziekteverwekkers op in plaats van ze te vernietigen. “In een ziekenhuisomgeving worden deze maskers in speciale bakken geplaatst en op de juiste manier behandeld”, zegt László Forró, hoofd van EPFL’s Laboratory of Physics of Complex Matter. “Maar als ze in de rest van de wereld worden gebruikt – waar ze in open afvalbakken worden gegooid en zelfs op straat worden achtergelaten – kunnen ze nieuwe bronnen van besmetting worden.”

Onderzoekers in het laboratorium van Forró werken aan een veelbelovende oplossing voor dit probleem: een membraan gemaakt van titaniumoxide nanodraden, vergelijkbaar met filtreerpapier, maar met antibacteriële en antivirale eigenschappen.

Hun materiaal werkt door gebruik te maken van de fotokatalytische eigenschappen van titaandioxide. Bij blootstelling aan ultraviolette straling zetten de vezels het aanwezige vocht om in oxidatiemiddelen zoals waterstofperoxide, die pathogenen kunnen vernietigen. “Omdat ons filter uitzonderlijk goed vocht opneemt, kan het druppeltjes vangen die virussen en bacteriën bevatten”, zegt Forró. “Dit creëert een gunstige omgeving voor het oxidatieproces, dat wordt veroorzaakt door licht.”

Het werk van de onderzoekers verschijnt vandaag in Geavanceerde functionele materialen, en omvat experimenten die aantonen dat het membraan E. coli, de referentiebacterie in biomedisch onderzoek, en DNA-strengen in enkele seconden kan vernietigen. Op basis van deze resultaten beweren de onderzoekers – hoewel dit nog experimenteel moet worden aangetoond – dat het proces even succesvol zou zijn op een breed scala aan virussen, waaronder SARS-CoV-2.

In hun artikel staat ook dat de fabricage van dergelijke membranen op grote schaal mogelijk zou zijn: alleen de apparatuur van het laboratorium kan tot 200 m² filterpapier per week, of genoeg voor maximaal 80.000 maskers per maand. Bovendien konden de maskers duizend keer worden gesteriliseerd en hergebruikt. Dit zou de tekorten verminderen en de hoeveelheid afval die wordt veroorzaakt door wegwerpbare chirurgische maskers aanzienlijk verminderen. Ten slotte maakt het fabricageproces, waarbij de titaniet-nanodraden worden gecalcineerd, ze stabiel en wordt voorkomen dat nanodeeltjes door de gebruiker worden ingeademd.

Een start-up genaamd Swoxid bereidt zich al voor om de technologie uit het lab te halen. “De membranen kunnen ook worden gebruikt in luchtbehandelingstoepassingen zoals ventilatie- en airconditioningsystemen en in persoonlijke beschermingsmiddelen”, zegt Endre Horváth, de hoofdauteur en medeoprichter van Swoxid.