I batteri presenti nell'aria possono vedere quello che sembra un comodo tappeto a pelo lungo su cui sistemarsi. Ma è una trappola.

Gli scienziati della Rice University hanno trasformato il loro grafene indotto dal laser (LIG) in filtri autosterilizzanti che catturano i patogeni dall'aria e li uccidono con piccoli impulsi di elettricità.

Il filtro flessibile sviluppato dal laboratorio Rice del chimico James Tour potrebbe essere di particolare interesse per gli ospedali. Secondo i Centri per il controllo e la prevenzione delle malattie, i pazienti hanno una probabilità su 31 di contrarre un'infezione potenzialmente resistente agli antibiotici durante il ricovero.

Il dispositivo descritto nella rivista dell'American Chemical Society ACS Nano cattura i batteri, fungo, spore, prioni, endotossine e altri contaminanti biologici trasportati da goccioline, aerosol e particolato.

Il filtro impedisce quindi la proliferazione di microbi e altri contaminanti riscaldando periodicamente fino a 350 gradi Celsius (662 gradi Fahrenheit), abbastanza per cancellare gli agenti patogeni e i loro sottoprodotti tossici. Il filtro richiede poca potenza, e riscalda e raffredda in pochi secondi.

LIG è una schiuma conduttiva di puro, fogli di carbonio atomicamente sottili sintetizzati riscaldando la superficie di un comune foglio di poliimmide con un laser cutter industriale. Il processo scoperto dal laboratorio di Tour nel 2014 ha portato a una serie di applicazioni per l'elettronica, nanogeneratori triboelettrici, compositi, elettrocatalisi e anche l'arte.

Adattarlo per l'uso come filtro significava costruire grafene laser su entrambi i lati della poliimmide, lasciando una multa, reticolo tridimensionale del polimero per rinforzare la schiuma di grafene. La costruzione laser a diverse temperature ha prodotto una fitta foresta di fibre di grafene con fogli interconnessi sottostanti.

Come tutto il grafene puro, la schiuma conduce elettricità. Quando elettrificato, Il riscaldamento Joule aumenta la temperatura del filtro oltre i 300 C, abbastanza per uccidere non solo i patogeni intrappolati, ma anche per decomporre sottoprodotti tossici che possono nutrire nuovi microrganismi e attivare il sistema immunitario umano.

I ricercatori hanno suggerito un singolo, Il filtro LIG su misura potrebbe essere abbastanza efficiente da sostituire i due letti filtranti attualmente richiesti dagli standard federali per i sistemi di ventilazione ospedaliera.

"Così tanti pazienti vengono infettati da batteri e dai loro prodotti metabolici, che ad esempio può provocare sepsi durante il ricovero in ospedale, " Tour ha detto. "Abbiamo bisogno di più metodi per combattere il trasferimento aereo non solo di batteri ma anche dei loro prodotti a valle, che possono causare gravi reazioni tra i pazienti.

"Alcuni di questi prodotti, come le endotossine, devono essere esposti a temperature di 300 gradi Celsius per disattivarli, " uno scopo servito dal filtro LIG, Egli ha detto. "Questo potrebbe ridurre significativamente il trasferimento di molecole generate dai batteri tra i pazienti, e quindi ridurre i costi finali dei soggiorni dei pazienti e ridurre la malattia e la morte da questi agenti patogeni".

Il laboratorio ha testato i filtri LIG con un sistema di filtrazione sottovuoto commerciale, aspirando aria ad una velocità di 10 litri al minuto per 90 ore, e ha scoperto che il riscaldamento Joule ha disinfettato con successo i filtri di tutti gli agenti patogeni e sottoprodotti. L'incubazione dei filtri usati per altre 130 ore non ha rivelato alcuna crescita batterica successiva sulle unità riscaldate, a differenza dei filtri LIG di controllo che non erano stati riscaldati.

"Gli esperimenti di coltura dei batteri eseguiti su una membrana a valle del filtro LIG hanno indicato che i batteri non sono in grado di permeare il filtro LIG, ", ha detto il secondo anno di Rice John Li, co-autore principale dell'articolo con il ricercatore post-dottorato Michael Stanford.

Stanford ha osservato che la funzione di sterilizzazione "può ridurre la frequenza con cui i filtri LIG dovrebbero essere sostituiti rispetto ai filtri tradizionali".

Tour ha suggerito che i filtri dell'aria LIG potrebbero anche trovare la loro strada negli aerei commerciali.

"È stato previsto che entro il 2050, 10 milioni di persone all'anno moriranno di batteri resistenti ai farmaci, " ha detto. "Il mondo ha a lungo avuto bisogno di un approccio per mitigare il trasferimento aereo di agenti patogeni e dei relativi prodotti deleteri. Questo filtro dell'aria LIG potrebbe essere un pezzo importante in quella difesa".