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CityU produit des masques protecteurs de graphene avec l'excellent rendement antibactérien

Les masques protecteurs sont devenus un outil important en luttant contre la pandémie COVID-19. Cependant, l'utilisation ou la disposition incorrecte des masques peut mener « à la boîte de vitesses secondaire ». Une équipe de recherche d'Université de la ville de Hong Kong (CityU) a avec succès produit des masques de graphene avec un rendement antibactérien de 80%, qui peut être amélioré presque à 100% avec l'exposition à la lumière solaire pendant environ 10 mn.

Le premier test également a donné très des résultats prometteurs dans le retrait du service actif de deux substances des coronaviruses. Les masques de graphene sont facilement produits à bas pris, et peuvent aider à résoudre les problèmes des matières premières et d'avoir d'accès les masques non-biodégradables.

La recherche est conduite par le M. YE Ruquan, professeur adjoint du département de chimie de CityU, en collaboration avec d'autres chercheurs. Les découvertes étaient publiées dans le nano du tourillon scientifique ACS, intitulé « Auto-Enregistrement et Photothermally massacre bactérien rapide amélioré sur un masque induit par laser de Graphene ».

Les masques chirurgicaux utilisés généralement ne sont pas antibactériens. Ceci peut mener au risque de boîte de vitesses secondaire de l'infection bactérienne quand les gens touchent les surfaces contaminées des masques utilisés ou les jettent incorrect. D'ailleurs, les tissus fonte-soufflés utilisés comme filtre bactérien pose un choc sur l'environnement car il est difficile les décomposer. Par conséquent, les scientifiques avaient recherché les matériaux alternatifs pour effectuer des masques.

Conversion d'autres matériaux en graphene par le laser

Le M. YE avait étudié l'utilisation du graphene induit par laser en développant l'énergie viable. Quand il étudiait le degré de PhD chez Rice University il y a plusieurs années, l'équipe de recherche il a participé à et a abouti par son superviseur a découvert une manière simple de produire le graphene. Ils ont constaté que l'écriture directe sur les films carbone-contenants de polyimide (une matière plastique polymère avec la stabilité thermique élevée) utilisant un système infrarouge2 commercial de laser de Co peut produire du graphene 3D poreux. Le laser change la structure de la matière première et par conséquent produit du graphene. C'est pourquoi c'est nommé graphene induit par laser.

Graphene est connu pour ses propriétés antibactériennes, tellement dès septembre dernier, avant la manifestation de COVID-19, produisant surpassant des masques avec le graphene induit par laser a déjà trouvé l'esprit par hasard du M. YE. Il a alors démarré l'étude en collaboration avec des chercheurs de l'Université Polytechnique de Hong Kong (HKUST), d'université de Nankai, et d'autres organismes.

Excellent rendement antibactérien

L'équipe de recherche a vérifié leur graphene induit par laser avec Escherichia coli, et elle a réalisé le rendement antibactérien élevé environ de 82%. En comparaison, le rendement antibactérien de la fibre de charbon actif et les tissus fonte-soufflés, les deux matériaux utilisés généralement dans les masques, étaient seulement 2% et 9% respectivement. Les résultats d'expérience ont également prouvé que plus de 90% d'Escherichia coli déposé sur eux est resté vivant même après 8 heures, alors que la majeure partie d'Escherichia coli déposé sur la surface de graphene était morte après 8 heures. D'ailleurs, le graphene induit par laser a montré une capacité antibactérienne supérieure pour les bactéries aerosolized.

Le M. YE a dit que plus de recherche sur le mécanisme exact de la propriété du bactérie-massacre des graphene est nécessaire. Mais il a cru qu'elle pourrait être liée aux dégâts des membranes cellulaires bactériennes par le tranchant des graphene. Et les bactéries peuvent être détruites par la déshydratation induite par la propriété (eau-répulsive) hydrophobe du graphene.

Les études précédentes ont proposé que COVID-19 détruise son pouvoir infectant aux températures élevées. Ainsi l'équipe a effectué des expériences pour vérifier si l'effet photothermique des graphene (produisant la chaleur après la lumière absorbante) peut améliorer l'effet antibactérien. Les résultats ont prouvé que le rendement antibactérien du matériau de graphene pourrait être amélioré à 99,998% dans un délai de 10 mn sous la lumière solaire, alors que la fibre de charbon actif et les tissus fonte-soufflés montraient seulement un rendement de 67% et de 85% respectivement.

L'équipe travaille actuel avec des laboratoires dans la Chine continentale pour vérifier le matériau de graphene avec deux substances des coronaviruses humains. Le premier test a prouvé qu'il a inactivé plus de 90% du virus en cinq mn et presque 100% en 10 mn sous la lumière solaire. L'équipe planification pour conduire le contrôle avec le virus COVID-19 plus tard.

Leur prochaine opération est d'améliorer davantage le rendement d'antivirus et de développer une stratégie réutilisable pour le masque. Ils espèrent la relâcher au marché peu de temps après concevoir une structure optimale pour le masque et obtenir les conformités.

Le M. YE a décrit la production du graphene induit par laser comme « technique verte ». Tous les matériaux carbone-contenants, tels que la cellulose ou le papier, peuvent être convertis en graphene utilisant cette technique. Et la conversion peut être effectuée aux conditions ambiantes sans employer des produits chimiques autres que les matières premières, ni entraîner la pollution. Et la consommation d'énergie est inférieure.

Les masques induits par laser de graphene sont réutilisables. Si des biomatériaux sont employés pour produire le graphene, il peut aider à résoudre le problème de la matière première d'accès pour des masques. Et il peut diminuer l'impact sur l'environnement provoqué par les masques remplaçables non-biodégradables. »

M. YE Ruquan, professeur adjoint du département de chimie de CityU

Le M. que le YE a précisé cela produisant le graphene induit par laser est facile. Dans un délai de juste 1 1/2 mn, un endroit de ² du cm 100 peut être converti en graphene en tant qu'extérieur ou couche interne du masque. Selon les matières premières pour produire le graphene, on s'attend à ce que le prix du masque induit par laser de graphene soit entre cela du masque chirurgical et le masque N95. Il a ajouté qu'en réglant le pouvoir de laser, la taille des pores du matériau de graphene peut être modifiée de sorte que le breathability soit assimilé aux masques chirurgicaux.

Une voie neuve de vérifier l'état du masque

Pour faciliter des usagers pour vérifier si les masques de graphene sont toujours en bon état après avoir été employé pendant un laps de temps, l'équipe a fabriqué un générateur hygroelectric. Il est actionné par l'électricité produite à partir de l'humidité en haleine humaine. En mesurant le changement de la tension humidité-induite quand l'usager respire par un masque de graphene, il fournit un indicateur de l'état du masque. Les résultats d'expérience ont prouvé que plus les bactéries et les particules atmosphériques accumulées sur la surface du masque, plus la tension a donné droit bas. « Le niveau de la façon dont fréquemment un masque devrait être changé est meilleur d'être décidé par les professionnels. Cependant, cette méthode que nous avons employée peut servir de référence, » le M. proposé YE.

Le M. YE est l'un des auteurs correspondants du papier. Les deux autres auteurs correspondants sont professeur Tang Benzhong de HKUST, et M. Zhu Chunlei d'université de Nankai. Le premier auteur du papier est Huang Libei, stagiaire de PhD du M. YE. D'autres membres de l'équipe de CityU sont Xu Siyu, le Su Jianjun, et YUN de chanson, tous du département de chimie. D'autres collaborateurs ont inclus des chercheurs de HKUST, d'université de Nankai, ainsi que de M. Chen Sijie du centre de Ming Wai Lau pour le médicament réparatif, Karolinska Institutet.

Source:
Journal reference:

Huang, L., et al. (2020) Self-Reporting and Photothermally Enhanced Rapid Bacterial Killing on a Laser-Induced Graphene Mask. ACS Nano. doi.org/10.1021/acsnano.0c05330.