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CityU produz máscaraes protectoras do graphene com eficiência anti-bacteriana excelente

As máscaraes protectoras transformaram-se uma ferramenta importante na luta contra a pandemia COVID-19. Contudo, o uso ou a eliminação imprópria das máscaras podem conduzir “à transmissão secundária”. Uma equipa de investigação da universidade municipal de Hong Kong (CityU) produziu com sucesso máscaras do graphene com uma eficiência anti-bacteriana de 80%, que pode ser aumentado a quase 100% com exposição à luz solar por ao redor 10 minutos.

Os testes iniciais igualmente mostraram resultados muito prometedores na desactivação de duas espécies de coronaviruses. As máscaras do graphene são produzidas facilmente a um baixo custo, e podem ajudar a resolver os problemas de matérias primas e de dispr da fonte máscaras não-biodegradáveis.

A pesquisa é conduzida pelo Dr. YE Ruquan, professor adjunto do departamento de CityU de química, em colaboração com outros pesquisadores. Os resultados foram publicados no jornal científico ACS Nano, intitulado “Auto-Relatório e matança bacteriana rápida aumentada Photothermally em uma máscara Laser-Induzida de Graphene”.

As máscaras cirúrgicas de uso geral não são anti-bacterianas. Isto pode conduzir ao risco de transmissão secundária da infecção bacteriana quando os povos tocam nas superfícies contaminadas das máscaras usadas ou as rejeitam impropriamente. Além disso, as telas derretimento-fundidas usadas como um filtro bacteriano levantam um impacto no ambiente porque são difíceis de decompr. Conseqüentemente, os cientistas têm procurado materiais alternativos para fazer máscaras.

Convertendo outros materiais no graphene pelo laser

O Dr. YE tem estudado o uso do graphene laser-induzido em desenvolver a energia sustentável. Quando estudava o grau do PhD em Rice University diversos anos há, a equipa de investigação participou em e conduziu por seu supervisor descobriu uma forma facil produzir o graphene. Encontraram que a escrita directa nos filmes decontenção do polyimide (um material plástico polimérico com estabilidade térmica alta) que usam um sistema infravermelho2 comercial do laser do CO pode gerar o graphene 3D poroso. O laser muda a estrutura da matéria prima e daqui gera o graphene. É nomeado é por isso graphene laser-induzido.

Graphene é conhecido para suas propriedades anti-bacterianas, tão já em setembro passado, antes da manifestação de COVID-19, produzindo outperforming máscaras com graphene laser-induzido já veio através da mente do Dr. YE. Retrocesso-iniciou então o estudo em colaboração com pesquisadores da universidade de Hong Kong da ciência e a tecnologia (HKUST), a universidade de Nankai, e as outras organizações.

Eficiência anti-bacteriana excelente

A equipa de investigação testou seu graphene laser-induzido com Escherichia Coli, e conseguiu a eficiência anti-bacteriana alta de aproximadamente 82%. Em comparação, a eficiência anti-bacteriana da fibra ativada do carbono e as telas derretimento-fundidas, ambos os materiais de uso geral nas máscaras, eram somente 2% e 9% respectivamente. Os resultados da experiência igualmente mostraram que sobre 90% do Escherichia Coli depositado nele permaneceu vivo mesmo depois 8 horas, quando a maioria do Escherichia Coli depositado na superfície do graphene estavam inoperantes após 8 horas. Além disso, o graphene laser-induzido mostrou uma capacidade anti-bacteriana superior para as bactérias aerosolized.

O Dr. YE disse que mais pesquisa sobre o mecanismo exacto da propriedade da bactéria-matança dos graphene é necessário. Mas acreditou que pôde ser relacionada ao dano das membranas de pilha bacterianas pela borda afiada dos graphene. E as bactérias podem ser matadas pela desidratação induzida pela propriedade (derepelimento) hidrofóbica do graphene.

Os estudos precedentes sugeriram que COVID-19 perdesse sua infectividade em altas temperaturas. Assim a equipe realizou experiências para testar se o efeito fototérmico dos graphene (que produz o calor após luz absorvente) pode aumentar o efeito anti-bacteriano. Os resultados mostraram que a eficiência anti-bacteriana do material do graphene poderia ser melhorada a 99,998% dentro de 10 minutos sob a luz solar, quando a fibra ativada do carbono e as telas derretimento-fundidas mostraram somente uma eficiência de 67% e de 85% respectivamente.

A equipe está trabalhando actualmente com os laboratórios na China continental para testar o material do graphene com duas espécies de coronaviruses humanos. Os testes iniciais mostraram que neutralizou sobre 90% do vírus em cinco minutos e quase 100% em 10 minutos sob a luz solar. A equipe planeia conduzir mais tarde o teste com o vírus COVID-19.

Seu passo seguinte é aumentar mais a eficiência do anti-vírus e desenvolver uma estratégia reusável para a máscara. Esperam liberá-lo ao mercado imediatamente depois de projetar uma estrutura óptima para a máscara e de obter as certificações.

O Dr. YE descreveu a produção de graphene laser-induzido como “uma técnica verde”. Todos os materiais decontenção, tais como a celulose ou o papel, podem ser convertidos no graphene usando esta técnica. E a conversão pode ser realizada sob circunstâncias ambientais sem usar produtos químicos diferentes das matérias primas, nem causar a poluição. E o consumo de energia é baixo.

as máscaras Laser-induzidas do graphene são reusáveis. Se os matérias biológicos são usados produzindo o graphene, pode ajudar a resolver o problema da matéria prima da fonte para máscaras. E pode diminuir o impacto ambiental causado pelas máscaras descartáveis não-biodegradáveis.”

Dr. YE Ruquan, professor adjunto do departamento de CityU de química

O Dr. YE indicou que produzir o graphene laser-induzido é fácil. Dentro de apenas um e de uma metade das actas, uma área do ² de 100 cm pode ser convertida no graphene como a camada exterior ou interna da máscara. Segundo as matérias primas para produzir o graphene, o preço da máscara laser-induzida do graphene é esperado estar entre aquela da máscara cirúrgica e a máscara N95. Adicionou que ajustando a potência do laser, o tamanho dos poros do material do graphene pode ser alterado de modo que o breathability fosse similar às máscaras cirúrgicas.

Uma maneira nova de verificar a condição da máscara

Para facilitar usuários para verificar se as máscaras do graphene estivessem ainda nas boas condições após a utilização por um período de tempo, a equipe fabricou um gerador hygroelectric. É posto pela electricidade gerada da umidade na respiração humana. Medindo a mudança na tensão umidade-induzida quando o usuário respira através de uma máscara do graphene, fornece um indicador da condição da máscara. Os resultados da experiência mostraram que mais as bactérias e as partículas atmosféricas acumuladas na superfície da máscara, mais baixo a tensão resultou. “O padrão de como freqüentemente uma máscara deve ser mudada é melhor ser decidido pelos profissionais. Contudo, este método que nós nos usamos pode servir como uma referência,” o Dr. sugerido YE.

O Dr. YE é um dos autores correspondentes do papel. Outros dois autores correspondentes são o professor Tang Benzhong de HKUST, e o Dr. Zhu Chunlei da universidade de Nankai. O primeiro autor do papel é Huang Libei, aluno de doutoramento do Dr. YE. Outros membros da equipa de CityU são Xu Siyu, SU Jianjun, e YUN da canção, tudo do departamento de química. Outros colaboradores incluíram pesquisadores de HKUST, de universidade de Nankai, assim como de Dr. Chen Sijie do centro de Ming Wai Lau para a medicina Reparative, 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.