Filter udara graphene memerangkap dan membunuh bakteri
Para ilmuwan telah mengembangkan filter graphene sterilisasi yang menangkap mikroba dan produk berbahaya mereka dari udara dan menghancurkannya. Mereka membayangkan perangkat itu berguna di rumah sakit dan tempat perawatan kesehatan lainnya.
Setiap tahun, sekitar 1 dari 25 pasien di Amerika Serikat mendapatkan setidaknya satu infeksi karena perawatan di rumah sakit, menurut Pusat Pengendalian dan Pencegahan Penyakit (CDC).
Makalah terbaru di jurnal ACS Nano menjelaskan filter graphene yang mensterilkan sendiri dan bagaimana performanya dalam pengujian.
Perangkat tersebut merupakan gagasan penulis senior studi James M. Tour, Ph.D., dan timnya di Universitas Rice di Houston TX, tempat Tour memegang gelar profesor dalam ilmu material dan rekayasa nano, serta kimia dan ilmu komputer.
“Banyak sekali pasien yang terinfeksi bakteri dan hasil metabolisme mereka, yang misalnya bisa mengakibatkan sepsis selama di rumah sakit,” kata Prof. Tour.
Filter ini menggabungkan teknologi grafena yang diinduksi laser (LIG). Graphene merupakan salah satu bentuk karbon yang sangat tipis, sangat kuat, dan mampu menghantarkan listrik.
Graphene memiliki banyak aplikasi, yang, selain obat, dapat berkisar dari elektronik digital hingga teknik dirgantara.
Filter udara graphene yang mensterilkan sendiri
LIG adalah busa graphene berpori yang terbentuk ketika pemotong laser industri memanaskan permukaan lembaran polimida, polimer kekuatan tinggi yang umum.
Sejak Prof. Tour dan timnya menemukan proses pembuatan LIG pada tahun 2014, LIG telah melahirkan banyak aplikasi mulai dari elektronik hingga seni.
Tim menemukan bahwa mereka dapat mengadaptasi LIG untuk digunakan sebagai filter dengan membentuk graphene di kedua sisi polimida. Ini menghasilkan kisi 3D tipis - tapi kuat - dari polimer yang memperkuat busa graphene.
Akhirnya, mereka menemukan bahwa mereka dapat membuat filter yang terdiri dari hutan tebal serat graphene konduktif di atas lapisan lembaran berselang-seling.
Karena strukturnya, filter busa dapat menangkap mikroorganisme, seperti bakteri dan jamur, bersama dengan kontaminan udara lainnya, seperti spora, prion, dan berbagai senyawa toksik yang terdapat dalam aerosol, tetesan, dan partikel.
Filter menjebak dan menghancurkan apa yang ditangkapnya dengan memanaskan secara berkala hingga suhu 350 ° C (660 ° F) akibat listrik yang melewatinya. Tidak membutuhkan banyak daya untuk mencapai suhu ini, dan hanya perlu beberapa detik untuk mendinginkannya kembali.
Menghancurkan molekul berbahaya
Suhu 350 ° C cukup panas untuk membunuh mikroorganisme dan produk sampingan apa pun yang dapat memberi makan mikroba baru, serta "molekul apa pun yang dapat menyebabkan reaksi dan penyakit biologis yang merugikan", catat para penulis.
“Molekul-molekul ini termasuk pirogen, alergen, eksotoksin, endotoksin, mikotoksin, asam nukleat, dan prion,” mereka menambahkan.
“Kami membutuhkan lebih banyak metode,” Prof. Tour menjelaskan, “untuk memerangi transfer bakteri melalui udara, tetapi juga produk hilirnya, yang dapat menyebabkan reaksi parah di antara pasien.”
“Beberapa dari produk ini, seperti endotoksin, harus terpapar pada suhu 300 ° C untuk menonaktifkannya,” tambahnya.
Prof Tour menyarankan bahwa menghancurkan molekul penghasil bakteri akan secara signifikan mengurangi risiko penyebarannya di antara pasien, menghasilkan rawat inap yang lebih singkat, penyakit yang lebih sedikit, dan kematian yang lebih sedikit.
Dia dan timnya percaya bahwa satu filter LIG yang dibuat khusus dapat menggantikan dua filter yang saat ini harus dipasang rumah sakit dalam sistem ventilasi mereka untuk mematuhi peraturan federal.
Dalam makalah studi mereka, para peneliti menjelaskan bagaimana mereka menguji filter LIG menggunakan sistem penyaringan udara vakum komersial yang bekerja dengan menyedot udara dengan kecepatan 10 liter per menit.
Mereka menjalankan tes selama 90 jam tanpa henti.Hasil penelitian menunjukkan bahwa metode pemanasan berhasil mensterilkan filter semua patogen dan produk sampingnya.
Filter udara yang berpotensi lebih tahan lama
Dari uji kultur, tim juga menemukan bahwa bakteri tidak lolos dari filter LIG. Pengujian tersebut melibatkan pembiakan bakteri pada membran di bagian hilir filter.
Para peneliti juga menginkubasi filter bekas selama 130 jam setelah 90 jam penggunaan dan memeriksanya. Mereka membandingkan hasil dengan filter inkubasi yang tidak mengalami pemanasan.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa filter LIG bekas yang mengalami pemanasan berulang hingga suhu di atas 300 ° C tidak menumbuhkan kembali bakteri selama inkubasi. Ini tidak terjadi pada filter LIG yang tidak dipanaskan.
Tim menyarankan bahwa kemampuan untuk mensterilkan sendiri dapat memberi filter LIG umur yang lebih lama sehingga pengguna tidak perlu menggantinya sesering filter udara yang lebih konvensional.
Prof. Tour juga memperkirakan penggunaan filter LIG di pesawat komersial.
“Dunia telah lama membutuhkan beberapa pendekatan untuk mengurangi transfer patogen melalui udara dan produk-produk merugikannya yang terkait.”
Prof. James M. Tour
