Когда человек с респираторной инфекцией, такой как SARS-CoV-2, кашляет или чихает, они выделяют в воздух маленькие капельки и аэрозольные частицы. Частицы меньше 0.3 мкм могут оставаться в воздухе в течение нескольких часов, поэтому материалы, которые могут задерживать эти крошечные частицы, идеально подходят для использования в лицевых масках и воздушных фильтрах.
Но у некоторых существующих фильтрующих материалов есть недостатки. Например, стекловолокно, углеродные нанотрубки и полипропиленовые волокна недостаточно долговечны, чтобы подвергаться повторяющимся процедурам обеззараживания, в то время как некоторые из них дополнительно полагаются на электростатику, поэтому их нельзя мыть, что приводит к большому количеству отходов. Недавно исследователи разработали металлические пены с микроскопическими порами, которые более прочны и устойчивы к деформации, растворителям, высоким температурам и давлению. Итак, Кай Лю и его коллеги хотели разработать и протестировать медные пенопласты, чтобы увидеть, могут ли они эффективно удалять аэрозоли субмикронных размеров, будучи при этом достаточно прочными, чтобы их можно было обеззараживать и повторно использовать.
Исследователи изготовили металлическую пену путем сбора электроосажденных медных нанопроволок и отливки из них в отдельно стоящую трехмерную сеть, которая затвердевала под действием тепла с образованием прочных связей. Был добавлен второй слой меди для дальнейшего упрочнения материала. В ходе испытаний медная пена сохраняла свою форму под давлением и при высоких скоростях воздуха, что позволяет предположить, что она долговечна для многоразовых лицевых масок или воздушных фильтров и может быть очищена с помощью стирки или сжатого воздуха. Команда обнаружила, что металлические пены обладают отличной эффективностью фильтрации для частиц в пределах 0.1-1.Диапазон размеров 6 мкм, который важен для фильтрации SARS-CoV-2.
Их наиболее эффективным материалом был 2.Версия толщиной 5 мм, при этом медь занимает 15% объема. Эта пена имела большую площадь поверхности и захватывала 97% 0.1-0.4 мкм аэрозольные солевые частицы, которые обычно используются при испытаниях лицевых масок. Согласно расчетам команды, воздухопроницаемость их пен в целом была сопоставима с воздухопроницаемостью имеющихся в продаже масок из полипропилена N95. Поскольку новый материал основан на меди, фильтры должны быть устойчивы к чистящим средствам, что позволяет использовать множество вариантов дезинфекции, а его антимикробные свойства помогут убить захваченные бактерии и вирусы, говорят исследователи.
Кроме того, они пригодны для вторичной переработки. По оценкам исследователей, в настоящее время стоимость материалов будет составлять около 2 долларов за маску, а дезинфекция и повторное использование продлят срок их службы, что сделает их экономически конкурентоспособными по сравнению с существующими продуктами.
Авторы выражают признательность за финансирование программы воздействия Джорджтаунской экологической инициативы, завещания Макдевитта Джорджтаунскому университету и Фонда Тома и Джинни Кэхилл по физике окружающей среды при Калифорнийском университете в Дэвисе.