Durante la pandemia di COVID-19, le persone si sono abituate a indossare le mascherine, ma molti rivestimenti sono fragili e non facilmente disinfettabili. Le schiume metalliche sono resistenti, e i loro piccoli pori e le grandi aree superficiali suggeriscono che potrebbero filtrare efficacemente i microbi. Ora, ricercatori che riferiscono in ACS' Nano lettere hanno trasformato nanofili di rame in schiume metalliche che potrebbero essere utilizzate in maschere e sistemi di filtrazione dell'aria. Le schiume filtrano efficacemente, decontaminare facilmente per il riutilizzo e sono riciclabili.

Quando una persona con un'infezione respiratoria, come SARS-CoV-2, tossisce o starnutisce, rilasciano nell'aria piccole goccioline e particelle aerosolizzate. Le particelle inferiori a 0,3 μm possono rimanere nell'aria per ore, quindi i materiali che possono intrappolare queste minuscole particelle sono ideali per l'uso in maschere e filtri dell'aria. Ma alcuni materiali filtranti esistenti presentano degli svantaggi. Per esempio, fibra di vetro, i nanotubi di carbonio e le fibre di polipropilene non sono abbastanza durevoli per essere sottoposti a ripetute procedure di decontaminazione, mentre alcuni si affidano ulteriormente all'elettrostatica in modo che non possano essere lavati, portando a grandi quantità di rifiuti. Recentemente, i ricercatori hanno sviluppato schiume metalliche con pori microscopici che sono più forti e più resistenti alla deformazione, solventi, e alte temperature e pressioni. Così, Kai Liu e colleghi volevano sviluppare e testare schiume di rame per vedere se potevano rimuovere efficacemente aerosol di dimensioni submicroniche pur essendo abbastanza resistenti da essere decontaminate e riutilizzate.

I ricercatori hanno fabbricato schiume metalliche raccogliendo nanofili di rame elettrodepositati e fondendoli in una rete 3-D indipendente, che è stato solidificato con il calore per formare forti legami. Un secondo strato di rame è stato aggiunto per rafforzare ulteriormente il materiale. Nei test, la schiuma di rame ha mantenuto la sua forma quando pressurizzata e ad alte velocità dell'aria, suggerendo che è durevole per maschere riutilizzabili o filtri dell'aria e potrebbe essere pulito con lavaggio o aria compressa. Il team ha scoperto che le schiume metalliche avevano un'eccellente efficienza di filtrazione per le particelle nell'intervallo di dimensioni 0,1-1,6 μm, che è rilevante per filtrare SARS-CoV-2. Il loro materiale più efficace era una versione di 2,5 mm di spessore, con il rame che occupa il 15% del volume. Questa schiuma aveva un'ampia superficie e intrappolava il 97% di particelle di sale aerosolizzate da 0,1-0,4 μm, che sono comunemente usati nei test della maschera facciale.

Secondo i calcoli della squadra, la traspirabilità delle loro schiume era generalmente paragonabile a quella delle maschere facciali in polipropilene N95 disponibili in commercio. Poiché il nuovo materiale è a base di rame, i filtri devono essere resistenti ai detergenti, consentendo molte opzioni di disinfezione, e le sue proprietà antimicrobiche aiuteranno a uccidere batteri e virus intrappolati, dicono i ricercatori. Inoltre, sono riciclabili. I ricercatori stimano che i materiali costerebbero attualmente circa $ 2 per maschera, e la disinfezione e il riutilizzo ne prolungherebbero la vita, rendendoli economicamente competitivi con i prodotti attuali.