ماسک‌های گرافنی جدید از گسترش ویروس کرونا جلوگیری می‌کنند

به گزارش خبرنگار فناوری خبرگزاری دانشجو، ماسک‌های صورت یکی از مهم‌ترین ابزار مقابله با پاندمی کووید-۱۹ محسوب می‌شوند. با این حال، استفاده یا دفع نامناسب ماسک‌ها ممکن است منجر به انتقال ثانویه ویروس شود. یک گروه تحقیقاتی در دانشگاه سیتی هنگ کنگ با موفقیت ماسک‌های گرافنی با کارایی ۸۰% ضدباکتریایی ساخته‌اند. کارایی این نوع ماسک‌ها با قرار گرفتن در معرض خورشید به مدت ۱۰ دقیقه تقریبا تا ۱۰۰% افزایش می‌یابد. آزمایش‌های اولیه نتایج امیدوارکننده‌ای در غیرفعال کرده دو گونه ویروس کرونا نشان داده است. ماسک‌های گرافنی مقرون به صرفه بوده و می‌توانند به رفع مشکل منابع مواد خام و دفع ماسک‌های غیر قابل تجزیه زیستی کمک کنند.

ماسک‌های جراحی رایج ضد باکتریایی نیستند. وقتی مردم سطح آلوده ماسک‌های جراحی استفاده شده را لمس کرده یا آن‌ها را بطور نامناسبی دفع می‌کنند می‌توانند خطر انتقال ثانویه عفونت باکتریایی را افزایش دهند. علاوه‌براین، پارچه‌های مذاب که به عنوان فیلتر باکتری استفاده می‌شوند، بر محیط زیست تأثیر می‌گذارند، زیرا تجزیه آن‌ها دشوار است؛ بنابراین، دانشمندان به دنبال مواد جایگزین برای ساخت ماسک هستند.

تبدیل مواد دیگر به گرافن با لیزر
این تحقیق توسط دکتر Ye Ruquan استادیار دانشگاه سیتی انجام شده است. چند سال پیش Ye و همکارانش در دانشگاه رایس راهی ساده برای تولید گرافن کشف کرد. آن‌ها فهمیدند که نوشتن مستقیم روی فیلم‌های پلی‌آمید حاوی کربن با استفاده از سیستم لیزر مادون قرمز CO۲ تجاری می‌تواند گرافن متخلخل سه‌بعدی تولید کند. لیزر ساختار ماده خام را تغییر داده و از این رو گرافن تولید می‌کند. به همین علت است که گرافن تحریک شده با لیزر نام گرفته است.

گرافن با خواص ضد باکتریایی شناخته می‌شود. این گروه تحقیقاتی گرافن تحریک شده با لیزر خود را با باکتری ای. کولای آزمایش کرده و به کارایی ۸۲% ضدباکتریایی دست یافتند. در مقایسه با آن، کارآیی ضد باکتریایی الیاف کربن فعال و الیاف ذوب شده، که هردو مواد رایج در ماسک‌ها هستند، به ترتیب ۲% و ۹% بود. نتایج آزمایش همچنین نشان داده که بیش از ۹۰% ای. کولای داخل ماسک معمولی بعد از ۸ ساعت همچنان فعال مانده است در حالیکه بیشتر ای. کولای وارد شده به سطح گرافن بعد از ۸ ساعت از بین می‌رود. بعلاوه، گرافن تحریک شده با لیزر ظرفیت ضد باکتریایی عالی برای باکتری آئروسل شده نشان داده است.

گروه بیان کرد که تحقیقات بیشتری در مورد مکانیسم دقیق از بین بردن باکتری‌های گرافن مورد نیاز است. این گروه معتقد است آسیب به غشای باکتری یا کم‌آبی ایجاد شده با گرافن ممکن است به باکتری صدمه زده و آن را از بین ببرد.

مطالعات قبلی نشان می‌دهد که کووید-۱۹ در دمای بالا خاصت عفونی خود را از دست می‌دهد؛ بنابراین گروه، آزمایشاتی برای بررسی اثر فوتوترمال گرافن بر خاصیت ضدباکتریایی انجام داده است. نتایج نشان داد که بازده ضدباکتریایی ماده گرافن در عرض ۱۰ دقیقه و با تابش نور خورشید تا ۹۹.۹۹۸% افزایش می‌یابد، در حالبکه پارچه‌های الیاف کربن فعال و ذوب شده به ترتیب فقط ۶۷ و ۸۵ درصد کارایی نشان دادند.

این تیم در حال آزمایش مواد گرافن با دو نوع ویروس کرونا ویروس انسانی است. آزمایش‌های اولیه نشان داد که بیش از ۹۰ ٪ ویروس طی ۵ دقیقه و تقریباً ۱۰۰ ٪ آن در ۱۰ دقیقه زیر نور خورشید غیرفعال می‌شود. این تیم قصد دارد در مرحله بعد آزمایش‌هایی را با ویروس کووید-۱۹ انجام دهد.

ماسک‌های گرافن لیزری قابل استفاده مجدد هستند. اگر از مواد زیستی برای تولید گرافن استفاده شود، می‌توان به حل مشکل تهیه مواد اولیه ماسک کمک کرد. این موضوع می‌تواند اثرات زیست محیطی ناشی از ماسک‌های یکبار مصرف غیر قابل تجزیه بیولوژیکی را کاهش دهد.

دکتر Ye تولید گرافن ناشی از لیزر را «یک روش سبز» توصیف کرد. تمام مواد حاوی کربن مانند سلولز یا کاغذ را با این روش می‌توان به گرافن تبدیل کرد. این تبدیل را می‌توان در شرایط محیطی، بدون استفاده از مواد شیمیایی یا ایجاد آلودگی و با مصرف کم انرژی انجام داد.

دکتر Ye اشاره کرد که تولید گرافن تحریک شده با لیزر آسان است. فقط در عرض یک و نیم دقیقه، مساحت ۱۰۰ سانتی متر مربع می‌تواند به عنوان لایه خارجی یا داخلی ماسک به گرافن تبدیل شود. بسته به مواد اولیه تولید گرافن، انتظار می‌رود قیمت ماسک گرافن تحریک شده با لیزر چیزی بین قیمت ماسک جراحی و ماسک N۹۵ باشد. او افزود با تنظیم توان لیزر می‌توان اندازه منافذ ماده گرافن را اصلاح کرد تا قابلیت تنفس آن شبیه ماسک‌های جراحی باشد.

گروه تحقیقاتی برای بررسی اینکه آیا ماسک‌های گرافنی بعد از مدتی قابل استفاده هستند یا خیر از تولید الکتریسته کمک گرفتند. آن‌ها انرژی لازم برای تولید الکتریسیته حاصل از رصوبت موجود در تنفس انسان را اندازه‌گیری کردند. با بررسی تغییر ولتاژ ناشی از رطوبت تنفس کاربر از طریق ماسک گرافن، شاخصی از وضعیت ماسک بدست می‌آید. نتایج آزمایش نشان داد که هر چه میزان باکتری‌ها و ذرات جوی در سطح ماسک بیشتر باشد، ولتاژ پایین‌تری تولید می‌شود.

گام بعدی آن‌ها افزایش کارایی ضد ویروس و ایجاد استراتژی قابل استفاده مجدد برای ماسک است. آن‌ها امیدوارند که اندکی پس از طراحی ساختار بهینه برای ماسک و دریافت گواهینامه‌های مربوطه، آن را به بازار عرضه کنند.