Mask-gebruikers kunnen nu gemakkelijker ademen: op Porphyrin gebaseerde nanosheets vangen virussen vast terwijl de luchtstroom wordt ondersteund

De COVID-19-pandemie vergroot het publiek bewustzijn van het belang van maskergebruik voor persoonlijke bescherming. Wanneer echter de maaswijdte van maskerstoffen klein genoeg is om virussen vast te leggen, die meestal ongeveer honderd nanometer groot zijn, beperkt de stof meestal ook de luchtstroom, wat resulteert in ongemak van gebruikers. Maar nu hebben onderzoekers uit Japan een manier gevonden om dit te voorkomen.

In een studie die deze maand is gepubliceerd in Materialen vorderenonderzoekers van het Institute of Industrial Science aan de Universiteit van Tokio hebben dit knelpunt overwonnen en een filter ontwikkeld dat nanodeeltjes zoals virussen kunnen vastleggen zonder de luchtstroom sterk te beperken. Ze hebben deze prestatie beheerd door een zorgvuldige ontwerp van de poriestructuur in het filter.

Het filter is geconstrueerd uit nanosheets bestaande uit een geordend gaas samengesteld uit porfyrines, die platte, ringvormige moleculen zijn met een centraal gat. De kleine gaten in de porfyrinemoleculen zijn geschikt om de gemakkelijke doorgang van de kleine gasmoleculen in lucht mogelijk te maken, terwijl de beweging van grotere deeltjes, zoals virussen, blokkeert. De nanosheets worden vervolgens ondersteund op een stof aangepast met nanovezels die poriën van enkele honderden nanometer bevatten om het filter te vormen.

“De op porfyrine gebaseerde nanosheets worden geconstrueerd door grensvlakreacties die worden aangedreven door de beweging van reactanten veroorzaakt door de gradiënt van oppervlaktespanning op de lucht-oplosbare interface, bekend als het Marangoni-effect”, zegt senior auteur Kazuyuki Ishii. “De nanosheets worden vervolgens gecomprimeerd en gecoat op met nanovezel gemodificeerde stof met behulp van een postzegelmethode.”

Het team testte hun filter met behulp van de standaardprocedure die werd gebruikt om N95 -gezichtsmaskers te testen. De resultaten van de deeltjesfiltratietests onthulden dat het filter effectief vastzat deeltjes die zo klein waren als virussen. Het filter bereikte een deeltjesfiltratie -efficiëntie van 96%, wat de vereiste van 95% overschrijdt voor een N95 -gezichtsmasker.

“Ons porfyrine-gebaseerde filter verzamelde nanodeeltjes met een diameter zo klein als honderd nanometers”, legt senior auteur Kazuyuki Ishii uit. “Belangrijk is dat het filter ook een minimale afname van de differentiële druk in gasstroommetingen vertoonde. Dit geeft aan dat het filter in staat is om deeltjes zo klein als virussen op te vangen, terwijl ze nauwelijks de luchtstroom beperken.”

De aanpak van het team met poreuze nanosheets op nanovezels is veelbelovend om materialen te bieden die in staat zijn om kleine deeltjes zoals virussen effectief te filteren met behoud van de luchtstroom om zowel gebruikerscomfort als bescherming te waarborgen.