El filtro de aire de grafeno atrapa y mata las bacterias
Los científicos han desarrollado un filtro de grafeno esterilizante que captura los microbios y sus productos dañinos del aire y los destruye. Prevén que el dispositivo sea útil en hospitales y otros entornos sanitarios.
Cada año, alrededor de 1 de cada 25 pacientes en los Estados Unidos adquiere al menos una infección debido a la atención hospitalaria, según los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC).
Un artículo reciente en la revista ACS Nano describe el filtro de grafeno autoesterilizante y su rendimiento en las pruebas.
El dispositivo es una creación del autor principal del estudio James M. Tour, Ph.D., y su equipo en la Universidad Rice en Houston TX, donde Tour tiene cátedras en ciencia de materiales y nanoingeniería, así como en química e informática.
“Muchos pacientes se infectan con bacterias y sus productos metabólicos, que, por ejemplo, pueden provocar sepsis mientras están en el hospital”, dice el Prof. Tour.
El filtro incorpora tecnología de grafeno inducido por láser (LIG). El grafeno es una forma de carbono extremadamente delgada, muy fuerte y capaz de conducir electricidad.
El grafeno tiene muchas aplicaciones que, además de la medicina, pueden abarcar desde la electrónica digital hasta la ingeniería aeroespacial.
Filtro de aire de grafeno autoesterilizante
LIG es una espuma de grafeno porosa que se forma cuando un cortador láser industrial calienta la superficie de una hoja de poliimida, un polímero común de alta resistencia.
Desde que el Prof. Tour y su equipo descubrieron el proceso para hacer LIG en 2014, ha dado lugar a muchas aplicaciones que van desde la electrónica hasta el arte.
El equipo descubrió que podían adaptar LIG para su uso como filtro formando grafeno en ambos lados de la poliimida. Esto produce una celosía 3D delgada, pero fuerte, del polímero que refuerza la espuma de grafeno.
Finalmente, descubrieron que podían construir un filtro que comprendiera densos bosques de fibras conductoras de grafeno en lechos de láminas intercaladas.
Debido a su estructura, el filtro de espuma puede capturar microorganismos, como bacterias y hongos, junto con otros contaminantes en el aire, como esporas, priones y varios compuestos tóxicos que están presentes en aerosoles, gotitas y partículas.
El filtro atrapa y destruye lo que captura calentando periódicamente hasta una temperatura de 350 ° C (660 ° F) como resultado de la electricidad que pasa a través de él. No necesita mucha energía para alcanzar esta temperatura, y solo toma unos segundos para enfriarse nuevamente.
Destruye moléculas dañinas
La temperatura de 350 ° C es lo suficientemente alta como para matar microorganismos y cualquier subproducto que pueda alimentar a nuevos microbios, así como a cualquier "molécula que pueda causar reacciones biológicas adversas y enfermedades", señalan los autores.
“Estas moléculas incluyen pirógenos, alérgenos, exotoxinas, endotoxinas, micotoxinas, ácidos nucleicos y priones”, añaden.
"Necesitamos más métodos", explica el profesor Tour, "para combatir la transferencia aérea no solo de bacterias, sino también de sus productos posteriores, que pueden causar reacciones graves entre los pacientes".
“Algunos de estos productos, como las endotoxinas, necesitan ser expuestos a temperaturas de 300 ° C para desactivarlos”, agrega.
El profesor Tour sugiere que la destrucción de moléculas productoras de bacterias reduciría significativamente el riesgo de que se propaguen entre los pacientes, lo que resultaría en hospitalizaciones más breves, menos enfermedades y menos muertes.
Él y su equipo creen que un solo filtro LIG personalizado podría reemplazar los dos filtros que los hospitales tienen que instalar actualmente en sus sistemas de ventilación para cumplir con las regulaciones federales.
En su artículo de estudio, los investigadores describen cómo probaron el filtro LIG utilizando un sistema de filtración de aire al vacío comercial que funciona aspirando aire a una velocidad de 10 litros por minuto.
Hicieron la prueba durante 90 horas sin detenerse.Los resultados mostraron que el método de calentamiento logró esterilizar los filtros de todos los patógenos y sus subproductos.
Filtro de aire potencialmente más duradero
A partir de pruebas de cultivo, el equipo también descubrió que las bacterias no pasaban a través del filtro LIG. Las pruebas consistieron en cultivar bacterias en una membrana aguas abajo del filtro.
Los investigadores también incubaron filtros usados durante 130 horas después de las 90 horas de uso y los examinaron. Compararon los resultados con los de los filtros incubados que no se habían calentado.
Los resultados mostraron que los filtros LIG usados, que habían sufrido repetidos episodios de calentamiento a temperaturas superiores a 300 ° C, no habían vuelto a crecer ninguna bacteria durante la incubación. Este no fue el caso de los filtros LIG sin calefacción.
El equipo sugiere que la capacidad de autoesterilización podría dar a los filtros LIG una vida más larga para que los usuarios no necesiten reemplazarlos con tanta frecuencia como los filtros de aire más convencionales.
El profesor Tour también prevé el uso de filtros LIG en aviones comerciales.
"El mundo ha necesitado durante mucho tiempo algún enfoque para mitigar la transferencia aérea de patógenos y sus productos nocivos relacionados".
Prof. James M. Tour
