グラフェンエアフィルターはバクテリアをトラップして殺します
科学者たちは、微生物とその有害な生成物を空気から捕獲して破壊する滅菌グラフェンフィルターを開発しました。彼らは、このデバイスが病院やその他の医療現場で役立つことを想定しています。
Centers for Disease Control and Prevention（CDC）によると、米国では毎年、25人に1人の患者が病院での治療により少なくとも1回の感染症にかかっています。
ジャーナルの最近の論文 ACSナノ 自己滅菌グラフェンフィルターとそれがテストでどのように機能したかについて説明します。
このデバイスは、テキサス州ヒューストンにあるライス大学の研究主任著者であるジェームズM.ツアー博士と彼のチームの発案によるものです。ツアーでは、材料科学とナノエンジニアリング、化学とコンピューターサイエンスの教授を務めています。
「非常に多くの患者が細菌とその代謝産物に感染し、たとえば入院中に敗血症を引き起こす可能性があります」とツアー教授は言います。
このフィルターには、レーザー誘起グラフェン（LIG）テクノロジーが組み込まれています。グラフェンは、非常に薄く、非常に強く、電気を通すことができる炭素の一種です。
グラフェンには多くの用途があり、医学に加えて、デジタルエレクトロニクスから航空宇宙工学まで多岐にわたります。
自己滅菌グラフェンエアフィルター
LIGは、工業用レーザーカッターが一般的な高強度ポリマーであるポリイミドのシートの表面を加熱すると形成される多孔質グラフェンフォームです。
ツアー教授と彼のチームは2014年にLIGを作成するプロセスを発見して以来、エレクトロニクスからアートに至るまで多くのアプリケーションを生み出してきました。
チームは、ポリイミドの両側にグラフェンを形成することにより、フィルターとして使用するためにLIGを適合させることができることを発見しました。これにより、グラフェンフォームを強化するポリマーの薄いが強い3D格子が生成されます。
最終的に、彼らは、インターリーブされたシートのベッド上に導電性グラフェン繊維の厚い森を含むフィルターを構築できることを発見しました。
その構造により、フォームフィルターは、細菌や真菌などの微生物を、胞子、プリオン、エアロゾル、液滴、粒子に存在するさまざまな有毒化合物などの他の空気中の汚染物質とともに捕捉できます。
フィルターは、電気が通過した結果として350°C（660°F）の温度まで定期的に加熱することにより、捕捉したものをトラップして破壊します。この温度に達するのに多くの電力を必要とせず、再び冷えるのに数秒しかかかりません。
有害な分子を破壊します
350°Cの温度は、微生物や新しい微生物を養う可能性のある副産物、および「有害な生物学的反応や病気を引き起こす可能性のある分子」を殺すのに十分なほど高温です。
「これらの分子には、パイロジェン、アレルゲン、外毒素、内毒素、マイコトキシン、核酸、プリオンが含まれます」と彼らは付け加えています。
「より多くの方法が必要です。患者に深刻な反応を引き起こす可能性のある細菌だけでなく、その下流の生成物の空中移動に対抗するために」とツアー教授は説明します。
「エンドトキシンのようなこれらの製品のいくつかは、それらを不活性化するために300°Cの温度にさらされる必要があります」と彼は付け加えます。
ツアー教授は、バクテリアを生成する分子を破壊することで、それらが患者に広がるリスクを大幅に減らし、入院期間を短縮し、病気を減らし、死亡を減らすことを示唆しています。
彼と彼のチームは、連邦規制に準拠するために病院が現在換気システムに設置しなければならない2つのフィルターを1つの特注のLIGフィルターで置き換えることができると考えています。
彼らの研究論文では、研究者は、毎分10リットルの速度で空気を吸引することによって機能する市販の真空空気ろ過システムを使用してLIGフィルターをテストした方法を説明しています。
彼らは停止することなく90時間テストを実行しました。結果は、加熱法がすべての病原体とその副産物のフィルターを滅菌することに成功したことを示した。
潜在的に長持ちするエアフィルター
培養試験から、チームはバクテリアがLIGフィルターを通過しなかったことも発見しました。テストでは、フィルターの下流のメンブレンでバクテリアを培養しました。
研究者たちはまた、90時間の使用後130時間、使用済みフィルターをインキュベートし、それらを調べました。彼らは、結果を、加熱されていない培養フィルターの結果と比較しました。
結果は、300°Cを超える温度への加熱を繰り返し受けた使用済みのLIGフィルターは、インキュベーション中にバクテリアを再成長させなかったことを示しました。これは、非加熱のLIGフィルターには当てはまりませんでした。
チームは、自己滅菌機能によりLIGフィルターの寿命を延ばすことができるため、ユーザーは従来のエアフィルターほど頻繁にフィルターを交換する必要がないことを示唆しています。
ツアー教授はまた、民間航空機でのLIGフィルターの使用を予見しています。
「世界は、病原体とそれに関連する有害な製品の空中移動を軽減するための何らかのアプローチを長い間必要としてきました。」
ジェームズM.ツアー教授
