Во 2019 година, новопечената коронавирусна болест (СОВИД-19) избувна и брзо се прошири низ целиот свет. Дијаметарот на вирусот СОВИД-19 кој моментално е откриен е 60-140 nm, а главните патишта на пренос се директен пренос, пренос на аеросол и пренос на контакт. Како резултат на тоа, побарувачката за маски од класа N95 (N95 FFR) драстично се зголеми. Маските од класата N95 главно се направени од неткаен материјал со топење од полипропилен (PP). Со цел да се подобри ефикасноста на филтрацијата и да се одржи релативно низок отпор, PP влакната се подложени на методи на испуштање корона за да се обезбеди силна адхезија на честичките на N95 FFR преку статичко полнење. Сепак, полнењето може да се изгуби за време на употребата, што резултира со намалување на ефикасноста на филтрирањето. Дополнително, повторната употреба на N95 FFR е ограничена поради фактори како што се хигиена, оштетување, зголемена респираторна отпорност и намалена ефикасност на филтрација. Со оглед на ова, тим предводен од Ју Џихонг од Универзитетот Џилин разви стабилен респиратор од нанофибер N97 базиран на хемиски модифицирани површини за да постигне значајни карактеристики на филтрација преку поларните интеракции. Се постигнува со обложување на мембрана од нановлакна од полиакрилонитрил (TFPNM) на 0.42 PA-1 (ефикасност на филтрација: над 97%; пад на притисокот: приближно 10 Pa) обезбедува севкупни издржливи перформанси на филтрација. Тестот за филтрација на вирусот Coxsackie B4 покажа дека TFPNM исто така има силна способност за фаќање вируси. Во споредба со N95 FFR, TFPNM е поотпорен на поширок опсег на режими за дезинфекција (тип на вирус: Coxsackie B4 вирус (CV-B4) и микро РНК вирус), а вкупните карактеристики на филтрација остануваат стандардни N97. Поврзаната работа е насловена „Стабилни респиратори N97 доминирани од поларитет за апсење на вируси во воздухот базирани на нанонозни мембрани“ беше објавена во Angewandte Chemie, врвно меѓународно списание.

Површински поларитет и стабилност на TFPNM

Нановлакнести мембрани (TFPNM) обложени со тенок филм (TF) се произведуваат со технологија на електроврење и се функционализираат со процеси на интерфацијална полимеризација за производство на светло жолти ткаенини со променливи крајни групи. Во споредба со PP, TFPNMs имаат посилен поларитет на површината, кој може да се менува со различни премази. За понатамошна проценка на стабилноста на TFPNM, тимот ги тестирал мембраните со влакна изложувајќи ги на високи температури (> 80 °C), атмосфера на пареа (висока влажност > 100 °C), 75% алкохол, хлорирана вода за дезинфекција и ултравиолетово (УВ) светлина. Откриено е дека TFPNM нема значително оштетување и губење на тежината, што укажува на никаква промена во геометријата на влакната. Во споредба со почетниот TFPNM, површинскиот поларитет на посттретираниот TFPNM останува непроменет. Стабилниот поларитет на површината овозможува стабилни поларни интеракции помеѓу мембраната и PMs/аеросолите, давајќи им на TFPNM голем потенцијал за повторна употреба во различни сурови услови.

Слика 1 Морфологија и стабилност на TFPNM

TFPNM ефикасност на филтрација на воздухот

Истражувачите прво ја испитуваа способноста на TFPNM да фаќаат честички со различни големини (PMs) за да ги симулираат перформансите на филтрирање на воздухот под опасни услови за квалитетот на воздухот (Слика 2). Темјанот (што содржи различни загадувачи како PM, CO, CO2, NO2 итн.) се користи во лабораторија за да се презентираат нивоата на штетни честички. Оптималната контрола на основната тежина за сите TFPNM е 10 g/m2. Петте TFPNM со различни поларитети на површината покажуваат големи разлики во ефикасноста на филтрацијата. Резултатите од ефикасноста на филтрацијата за PM0.3 од најнискиот површински поларитет до највисоката мембрана на влакна се движеа од 50.00% до 97.45%. Меѓу нив, TFPNM со цијанидни и карбоксилни групи покажаа многу висока ефикасност на филтрација, надминувајќи 97%. За да се испита долгорочната ефикасност на TFPNM, масовниот статус на TFPNM со истата терминална група како и молекулата PAN беше тестиран откако беше поставен во опасен воздух 10 часа. Резултатите покажаа дека ефикасноста на филтрација на ПАН нанофибер мембраната (PNM) се намали од 97.10% на 94.57% за PM0.3 и од 99.67% на 99.42% за PM2.5 по 10 часа. Сепак, карактеристиките на филтрирање на CTFPNM останаа стабилни, надминувајќи 97.00% и 99.90% за PM0.3 и PM2.5 во рок од 10 часа, соодветно.

Сл. 2 PM снимаат перформанси на TFPNM со различни поларитети на површината

Споредба на перформансите на филтрирање на воздухот помеѓу TFPNM и N95 FFR

Два TFPNM со висок поларитет на површината (CTFPNM и CTFPNM) беа воведени за да се споредат нивните својства на филтрирање на аеросоли NaCl со N95 FFR (Слика 3). Ефикасноста на филтрација на CTFPNM и CTFPNM го достигна нивото N97 и остана стабилна во текот на континуираните 24 часа на филтрација. Спротивно на тоа, N95 FFR, кој главно се состои од наелектризирани PP неткаени материјали со топење, покажува очигледна нестабилност за време на филтрирањето. Ефикасноста на филтерот на TFPNM беше дополнително проучена со електростатички ефект. За наполнетите cTFPNM и cTFPNM, нивната ефикасност на филтрација е малку подобрена на N98. Сепак, ефикасноста на филтрација на овие наполнети респираторни мембрани на крајот се намали до класа N97 по 24 часа поради слабеењето на површинскиот статички полнеж (од 0.15 kV на 0.02±0.03 kV). Авторот дополнително ги проучува разликите во карактеристиките на филтрација на воздухот помеѓу TFPNM и N95 FFRS од различни земји. Утврдено е дека ефикасноста на филтрација на сите примероци се намалила на помалку од 95% по 24 часа континуирана филтрација. Под истите експериментални услови, ефикасноста на филтрација на N95 FFR беше помала од онаа на cTFPNM по 24 часа.

Слика 3 Карактеристики на филтерот на TFPNM и слоеви на филтри од повеќе марки на N95 FFRs

Ефикасност на филтрирање на TFPNM за вируси и различни третмани за дезинфекција

CTFPNM беше ставен во коксаки Б4 вирус (CV-B4) и аеросол на микро РНК вирус (27-30 nm) за да се оцени неговата ефикасност на филтрација. И тестот за филтрирање на вирусот N95 FFR (марка MEO). Резултатите покажаа дека cTFPNM ја одржуваше ефикасноста на филтрацијата N97 по 24 часа, додека ефикасноста на филтрацијата MEO N95 FFR падна под 95% по 24 часа. Со цел да се проучи повторната употреба на TFPNM, беа спроведени пет методи на третман за cTFPNM: термичка обработка на 80 ℃; Пареа (денатурација на топлинска база на протеин на 100 ℃); 75% алкохол (протеин денатуриран); Раствор на база на хлор во домаќинството (дегенерација на клетките, хемиско оштетување); Ултравиолетово гермицидно зрачење (уништување на ДНК/РНК, UVC 254 nm). По првиот циклус на третман, сите ефикасности на филтрација на cTFPNM остануваат непроменети на НИВОТО од N97 и падот на притисокот останува помеѓу 9 и 10 Pa. Спротивно на тоа, N95 FFR покажа различни перформанси на филтрација по различни третмани по првиот циклус. Греењето и ултравиолетовото гермицидно зрачење (UVGI) ги одржуваат карактеристиките на филтрација на повеќето N95 FFRS. Сепак, ефикасноста на филтрација на примероците врз основа на третман со раствор нагло паѓа на 50% ~ 80%.

Сл. 4 Изведба на филтрирање вируси на cTFPNM

Забелешка: (а) (б) е cTFPNM, (в) (г) е ефикасност и пад на притисокот на meo брендот N95 FFR

Сл. 5 Еволуција на FFR и соодветните вкупни перформанси на филтрација по пет различни третмани за дезинфекција

Линкови за целосни текстови: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202108951