Фильтр, сделанный из полимерных нанонитей, выдувает из воды три вида коммерческих масок, улавливая 99.9% аэрозолей коронавируса в эксперименте.
"Наша работа является первым исследованием использования аэрозолей от коронавируса для оценки эффективности фильтрации масок для лица и воздушных фильтров," сказал автор-корреспондент Юнь Шен, доцент кафедры химической и экологической инженерии Калифорнийского университета в Риверсайде. "В предыдущих исследованиях использовались суррогаты физиологического раствора, полистирольные шарики и бактериофаги – группа вирусов, заражающих бактерии."
В исследовании, проведенном инженерами из Калифорнийского университета в Риверсайде и Университета Джорджа Вашингтона, сравнивалась эффективность хирургических масок и хлопковых масок, шейных гетр и мембран из нановолокна из электропряденого волокна при удалении аэрозолей коронавируса для предотвращения передачи по воздуху. Хлопковая маска и шейные гетры удалили только около 45-73% аэрозолей. Хирургическая маска показала себя намного лучше, удалив 98% аэрозолей коронавируса. Но фильтр из нановолокна удалил почти все аэрозоли коронавируса.
Изучение нового заразного вируса опасно и проводится в лабораториях с наивысшим рейтингом биобезопасности, что относительно редко. На сегодняшний день во всех исследованиях эффективности масок или фильтров во время пандемии использовались другие материалы, которые, как считается, имитируют размер и поведение аэрозолей коронавируса. Новое исследование улучшило это за счет тестирования как аэрозольного солевого раствора, так и аэрозоля, который содержал коронавирус из того же семейства, что и вирус, вызывающий COVID-19, но заражающий только мышей.
Шен и его коллега из Университета Джорджа Вашингтона Данменг Шуай создали фильтр из нановолокна, направив высокое электрическое напряжение через каплю жидкого поливинилиденфторида, чтобы прядить нити диаметром около 300 нанометров, что примерно в 167 раз тоньше человеческого волоса. В результате на поверхности нановолокна образовались поры диаметром всего пару микрометров, что помогло им захватить 99.9% аэрозолей коронавируса.
Технология производства, известная как электропрядение, является рентабельной и может использоваться для массового производства фильтров из нановолокна для средств индивидуальной защиты и систем фильтрации воздуха. Электропрядение также оставляет на нановолокнах электростатический заряд, который увеличивает их способность улавливать аэрозоли, а их высокая пористость облегчает дыхание при использовании фильтров из нановолокна с электропрядением.
"Электроспиннинг может улучшить дизайн и производство масок для лица и воздушных фильтров," сказал Шен. "Разработка новых масок и воздушных фильтров методом электроспиннинга является многообещающей из-за его высокой эффективности фильтрации, экономической целесообразности и масштабируемости, а также может удовлетворить потребности в масках и воздушных фильтрах на месте."
Бумага, "Разработка электропряденых нановолоконных фильтров для борьбы с аэрозолями коронавируса," издается в журнале Environmental Science & Письма о технологиях.