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CityU produce mascarillas del graphene con eficiencia antibacteriana excelente

Las mascarillas se han convertido en una herramienta importante en luchar contra el pandémico COVID-19. Sin embargo, el uso o la eliminación incorrecto de máscaras puede llevar a la “transmisión secundaria”. Un equipo de investigación de la universidad de ciudad de Hong Kong (CityU) ha producido con éxito máscaras del graphene con una eficiencia antibacteriana del 80%, que se puede aumentar a casi 100% con la exposición a la luz del sol por alrededor 10 minutos.

Las pruebas iniciales también mostraron resultados muy prometedores en la desactivación de dos especies de coronaviruses. Las máscaras del graphene se producen fácilmente a bajo costo, y pueden ayudar a resolver los problemas de las materias primas y de disponer de la compra de componentes de máscaras no-biodegradables.

La investigación conducto por el Dr. YE Ruquan, profesor adjunto del departamento de la química de CityU, en colaboración con otros investigadores. Las conclusión fueron publicadas en el gorrón científico ACS nano, titulado “Uno mismo-Información y matanza bacteriana rápida aumentada Photothermally en una máscara inducida por láser de Graphene”.

Las máscaras quirúrgicas de uso general no son antibacterianas. Esto puede llevar al riesgo de transmisión secundaria de la infección bacteriana cuando la gente toca las superficies contaminadas de las máscaras usadas o las desecha incorrectamente. Por otra parte, los tejidos derretimiento-soplados usados como filtro bacteriano plantean un impacto en el ambiente pues son difíciles de descomponerse. Por lo tanto, los científicos han estado buscando los materiales alternativos para hacer máscaras.

Convertir otros materiales en graphene por el laser

El Dr. YE ha estado estudiando el uso del graphene inducido por láser en desarrollar energía sostenible. Cuando él estudiaba grado del doctorado en Rice University hace varios años, el equipo de investigación él participó en y llevó por su supervisor descubrió una manera fácil de producir el graphene. Encontraron que la escritura directa en las películas del polyimide carbono-que contienen (un material plástico polimérico con alta estabilidad térmica) usando un sistema infrarrojo2 comercial del laser del CO puede generar el graphene poroso 3D. El laser cambia la estructura de la materia prima y por lo tanto genera el graphene. Por eso se nombra graphene inducido por láser.

Graphene se conoce para sus propiedades antibacterianas, tan ya en septiembre pasado, antes del brote de COVID-19, produciendo superando máscaras con el graphene inducido por láser pareció ya mente del Dr. YE. Él entonces retroceso-arrancó el estudio en colaboración con investigadores de la universidad de ciencia y tecnología de Hong Kong (HKUST), de la universidad de Nankai, y de otras organizaciones.

Eficiencia antibacteriana excelente

El equipo de investigación probó su graphene inducido por láser con Escherichia Coli, y logró alta eficiencia antibacteriana del cerca de 82%. En comparación, la eficiencia antibacteriana de la fibra de carbono activada y los tejidos derretimiento-soplados, ambos materiales de uso general en máscaras, eran el solamente 2% y el 9% respectivamente. Los resultados del experimento también mostraron que sobre el 90% del Escherichia Coli depositado en él seguía siendo activo incluso después 8 horas, mientras que la mayor parte del Escherichia Coli depositado en la superficie del graphene estaba muerto después de 8 horas. Por otra parte, el graphene inducido por láser mostró una capacidad antibacteriana superior para las bacterias aerosolized.

El Dr. YE dijo que más investigación sobre el mecanismo exacto de la propiedad de la bacteria-matanza de los graphene es necesaria. Pero él creyó que puede ser que sea relacionada con el daño de las membranas celulares bacterianas por el filo de los graphene. Y las bacterias pueden ser matadas por la deshidratación inducida por la propiedad (agua-que repele) hidrofóbica del graphene.

Los estudios anteriores sugirieron que COVID-19 perdiera su contagiosidad en las temperaturas altas. Las personas realizaron tan experimentos para probar si el efecto fototérmico de los graphene (que produce calor después de luz absorbente) puede aumentar el efecto antibacteriano. Los resultados mostraron que la eficiencia antibacteriana del material del graphene se podría perfeccionar a 99,998% en el plazo de 10 minutos bajo luz del sol, mientras que la fibra de carbono activada y los tejidos derretimiento-soplados mostraron solamente una eficiencia del 67% y el 85% respectivamente.

Las personas están trabajando actualmente con los laboratorios en China continental para probar el material del graphene con dos especies de coronaviruses humanos. Las pruebas iniciales mostraron que desactivó durante el 90% del virus en cinco minutos y casi 100% en 10 minutos bajo luz del sol. Las personas proyectan conducto prueba con el virus COVID-19 más adelante.

Su paso siguiente es aumentar más lejos la eficiencia del antivirus y desarrollar una estrategia reutilizable para la máscara. Esperan liberarlo al mercado poco después de diseñar una estructura óptima para la máscara y de obtener las certificaciones.

El Dr. YE describió la producción de graphene inducido por láser como “técnica verde”. Todos los materiales carbono-que contienen, tales como celulosa o papel, se pueden convertir en graphene usando esta técnica. Y la conversión se puede realizar bajo condiciones ambiente sin usar las substancias químicas con excepción de las materias primas, ni causar la contaminación. Y el consumo de energía es inferior.

Las máscaras inducidas por láser del graphene son reutilizables. Si los biomateriales se utilizan para producir el graphene, puede ayudar a resolver el problema de la materia prima de la compra de componentes para las máscaras. Y puede aminorar las consecuencias para el medio ambiente causadas por las máscaras disponibles no-biodegradables.”

El Dr. YE Ruquan, profesor adjunto del departamento de la química de CityU

El Dr. que YE señaló eso que producía el graphene inducido por láser es fácil. En el plazo de apenas uno y medio minutos, un área del ² de 100 cm se puede convertir en graphene como la capa exterior o interna de la máscara. Dependiendo de las materias primas para producir el graphene, se prevee que el precio de la máscara inducida por láser del graphene esté entre el de la máscara quirúrgica y la máscara N95. Él agregó que ajustando potencia del laser, la talla de los poros del material del graphene puede ser modificada de modo que el breathability fuera similar a las máscaras quirúrgicas.

Una nueva manera de verificar la condición de la máscara

Para facilitar a utilizadores para verificar si las máscaras del graphene todavía están en buenas condiciones después de ser utilizado por un periodo de tiempo, las personas fabricaron un generador hygroelectric. Es movido por motor por la electricidad generada de la humedad en la respiración humana. Midiendo el cambio en el voltaje humedad-inducido cuando el utilizador respira a través de una máscara del graphene, ofrece un indicador de la condición de la máscara. Los resultados del experimento mostraron que cuanto más son las bacterias y las partículas atmosféricas acumuladas en la superficie de la máscara, más bajo resultó el voltaje. “El patrón de cómo una máscara debe ser cambiada con frecuencia es mejor ser decidido por los profesionales. Con todo, este método que utilizamos puede servir como referencia, el” Dr. sugerido YE.

El Dr. YE es uno de los autores correspondientes del papel. Los otros dos autores correspondientes son profesor Tang Benzhong de HKUST, y el Dr. Zhu Chunlei de la universidad de Nankai. El primer autor del papel es Huang Libei, estudiante del doctorado del Dr. YE. Otras piezas de personas de CityU son Xu Siyu, Su Jianjun, y YUN de la canción, todos del departamento de la química. Otros colaboradores incluyeron a investigadores de HKUST, de la universidad de Nankai, así como del Dr. Chen Sijie del centro de Ming Wai Lau para el remedio reparativo, 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.