Filtro de ar de grafeno captura e mata bactérias
Os cientistas desenvolveram um filtro esterilizante de grafeno que captura micróbios e seus produtos nocivos do ar e os destrói. Eles imaginam que o dispositivo seja útil em hospitais e outros ambientes de saúde.
A cada ano, cerca de 1 em 25 pacientes nos Estados Unidos adquire pelo menos uma infecção devido ao atendimento hospitalar, de acordo com os Centros de Controle e Prevenção de Doenças (CDC).
Um artigo recente no jornal ACS Nano descreve o filtro de grafeno autoesterilizante e seu desempenho nos testes.
O dispositivo foi idealizado pelo autor sênior do estudo James M. Tour, Ph.D., e sua equipe na Rice University em Houston, TX, onde Tour tem cátedras em ciência de materiais e nanoengenharia, bem como química e ciência da computação.
“Muitos pacientes são infectados por bactérias e seus produtos metabólicos, que, por exemplo, podem resultar em sepse durante a internação”, diz o Prof. Tour.
O filtro incorpora tecnologia de grafeno induzido por laser (LIG). O grafeno é uma forma de carbono extremamente fina, muito forte e capaz de conduzir eletricidade.
O grafeno tem muitas aplicações que, além da medicina, vão desde a eletrônica digital até a engenharia aeroespacial.
Filtro de ar de grafeno autoesterilizante
LIG é uma espuma de grafeno porosa que se forma quando um cortador industrial a laser aquece a superfície de uma folha de poliimida, um polímero comum de alta resistência.
Desde que o Prof. Tour e sua equipe descobriram o processo para fazer LIG em 2014, ele deu origem a muitas aplicações que vão da eletrônica à arte.
A equipe descobriu que poderia adaptar o LIG para uso como filtro, formando grafeno em ambos os lados da poliimida. Isso produz uma estrutura 3D fina - mas forte - do polímero que reforça a espuma de grafeno.
Eventualmente, eles descobriram que poderiam construir um filtro compreendendo florestas espessas de fibras de grafeno condutor em camadas de folhas intercaladas.
Por causa de sua estrutura, o filtro de espuma pode capturar microorganismos, como bactérias e fungos, junto com outros contaminantes transportados pelo ar, como esporos, príons e vários compostos tóxicos que estão presentes em aerossóis, gotículas e partículas.
O filtro captura e destrói o que captura, aquecendo periodicamente a uma temperatura de 350 ° C (660 ° F) como resultado da passagem de eletricidade por ele. Não precisa de muita energia para atingir essa temperatura e leva apenas alguns segundos para esfriar novamente.
Destrói moléculas prejudiciais
A temperatura de 350 ° C é quente o suficiente para matar microorganismos e quaisquer subprodutos que possam alimentar novos micróbios, bem como quaisquer “moléculas que podem causar doenças e reações biológicas adversas”, observam os autores.
“Essas moléculas incluem pirogênios, alérgenos, exotoxinas, endotoxinas, micotoxinas, ácidos nucléicos e príons”, acrescentam.
“Precisamos de mais métodos”, explica o Prof. Tour, “para combater a transferência aérea não apenas de bactérias, mas também de seus produtos downstream, que podem causar reações graves entre os pacientes”.
“Alguns desses produtos, como as endotoxinas, precisam ser expostos a temperaturas de 300 ° C para serem desativados”, acrescenta.
O professor Tour sugere que a destruição das moléculas produtoras de bactérias reduziria significativamente o risco de sua disseminação entre os pacientes, resultando em hospitalizações mais curtas, menos doenças e menos mortes.
Ele e sua equipe acreditam que um único filtro LIG personalizado poderia substituir os dois filtros que os hospitais atualmente precisam instalar em seus sistemas de ventilação para cumprir as regulamentações federais.
Em seu estudo, os pesquisadores descrevem como testaram o filtro LIG usando um sistema comercial de filtragem de ar a vácuo que funciona sugando o ar a uma taxa de 10 litros por minuto.
Eles executaram o teste por 90 horas sem parar.Os resultados mostraram que o método de aquecimento conseguiu esterilizar os filtros de todos os patógenos e seus subprodutos.
Filtro de ar potencialmente mais duradouro
A partir de testes de cultura, a equipe também descobriu que as bactérias não passaram pelo filtro LIG. Os testes envolveram a cultura de bactérias em uma membrana a jusante do filtro.
Os pesquisadores também incubaram filtros usados por 130 horas após as 90 horas de uso e os examinaram. Eles compararam os resultados com os de filtros incubados que não sofreram aquecimento.
Os resultados mostraram que os filtros LIG usados, que haviam passado por repetidos ataques de aquecimento a temperaturas acima de 300 ° C, não haviam regenerado nenhuma bactéria durante a incubação. Este não foi o caso com os filtros LIG não aquecidos.
A equipe sugere que a capacidade de autoesterilização pode dar aos filtros LIG uma vida mais longa, de modo que os usuários não precisem substituí-los com a mesma frequência que os filtros de ar mais convencionais.
O Prof. Tour também prevê o uso de filtros LIG em aviões comerciais.
“O mundo há muito precisa de alguma abordagem para mitigar a transferência aérea de patógenos e seus produtos deletérios relacionados.”
Prof. James M. Tour
