Forscher stellen virenbekämpfende Gesichtsmasken her

Forscher des Rensselaer Polytechnic Institute haben eine zugängliche Methode entwickelt, um N95-Gesichtsmasken herzustellen, die nicht nur wirksame Barrieren gegen Keime, sondern auch Keimtöter bei Kontakt sind. Die antiviralen, antibakteriellen Masken können möglicherweise länger getragen werden, was weniger Plastikmüll verursacht, da die Masken nicht so häufig ausgetauscht werden müssen.

Helen Zha, Assistenzprofessorin für Chemie- und Bioingenieurwesen und Mitglied des Zentrums für Biotechnologie und interdisziplinäre Studien in Rensselaer (CBIS), arbeitete mit Edmund Palermo zusammen, außerordentlicher Professor für Materialwissenschaft und -technik und Mitglied des Zentrums für Materialien, Geräte, und integrierte Systeme (cMDIS) bei Rensselaer, um infektiöse Atemwegserkrankungen und Umweltverschmutzung mit dem perfekten Rezept zur Verbesserung von Gesichtsmasken zu bekämpfen.

„Dies war eine facettenreiche Herausforderung in der Materialtechnik mit einem großartigen, vielfältigen Team von Mitarbeitern“, sagte Palermo. „Wir glauben, dass die Arbeit ein erster Schritt in Richtung länger haltbarer, selbststerilisierender persönlicher Schutzausrüstung wie der N95-Atemschutzmaske ist. Sie kann dazu beitragen, die Übertragung von Krankheitserregern in der Luft im Allgemeinen zu reduzieren.“

In einer kürzlich veröffentlichten Studie in ACS Angewandte Materialien und Grenzflächenhat das Team erfolgreich antimikrobielle Polymere mit breitem Spektrum auf die Polypropylenfilter gepfropft, die in N95-Gesichtsmasken verwendet werden.

„Die aktiven Filterschichten in N95-Masken reagieren sehr empfindlich auf chemische Modifikationen“, sagte Zha. „Es kann dazu führen, dass sie in Bezug auf die Filtration schlechter abschneiden, sodass sie im Wesentlichen nicht mehr wie N95 funktionieren. Sie bestehen aus Polypropylen, das chemisch schwer zu modifizieren ist. Eine weitere Herausforderung besteht darin, dass Sie die sehr feinen nicht stören wollen Fasernetzwerk in diesen Masken, was das Atmen erschweren könnte.“

Zha und Palermo befestigten zusammen mit anderen Forschern des Rensselaer, Michigan Technological Institute und des Massachusetts Institute of Technology antimikrobielle quaternäre Ammoniumpolymere kovalent an den Faseroberflächen von Polypropylen-Vliesstoffen unter Verwendung von UV-initiiertem Pfropfen. Die Stoffe wurden von Hills Inc. mit freundlicher Genehmigung von Rensselaer-Absolvent Tim Robson gespendet.

„Das von uns entwickelte Verfahren verwendet eine wirklich einfache Chemie, um diese nicht auslaugende Polymerbeschichtung zu erzeugen, die Viren und Bakterien abtöten kann, indem sie im Wesentlichen ihre äußere Schicht aufbricht“, sagte Zha. „Es ist sehr einfach und eine potenziell skalierbare Methode.“

Das Team verwendete in seinem Prozess nur UV-Licht und Aceton, die weithin verfügbar sind, um die Implementierung zu vereinfachen. Darüber hinaus kann das Verfahren auf bereits hergestellte Polypropylenfilter angewendet werden, anstatt dass neue entwickelt werden müssen.

Das Team stellte zwar eine Abnahme der Filtrationseffizienz fest, als der Prozess direkt auf die Filterschicht von N95-Masken angewendet wurde, aber die Lösung ist einfach. Der Benutzer könnte eine unveränderte N95-Maske zusammen mit einer weiteren Polypropylenschicht mit dem antimikrobiellen Polymer darüber tragen. In Zukunft könnten Hersteller eine Maske herstellen, bei der das antimikrobielle Polymer in die oberste Schicht eingearbeitet ist.

Dank eines Stipendiums der National Science Foundation Rapid Response Research (RAPID) begannen Zha und Palermo ihre Forschung im Jahr 2020, als N95-Gesichtsmasken knapp waren.

Mitarbeiter des Gesundheitswesens verwendeten sogar Masken, die für den einmaligen Gebrauch bestimmt waren, wieder. Spulen wir bis 2022 vor und Gesichtsmasken aller Art sind jetzt weit verbreitet. Die COVID-Raten sind jedoch immer noch hoch, die Gefahr einer weiteren Pandemie in der Zukunft ist eindeutig möglich, und Einweg-Einwegmasken häufen sich auf Mülldeponien.

„Hoffentlich sind wir auf der anderen Seite der COVID-Pandemie“, sagte Zha. „Aber diese Art von Technologie wird immer wichtiger. Die Bedrohung durch Krankheiten, die durch Mikroben in der Luft verursacht werden, wird nicht verschwinden. Es ist an der Zeit, dass wir die Leistung und Nachhaltigkeit der Materialien verbessern, die wir verwenden, um uns zu schützen.“

„Das Anbringen chemischer Gruppen, die Viren oder Bakterien bei Kontakt mit Polypropylen abtöten, ist eine intelligente Strategie“, sagte Shekhar Garde, Dekan der School of Engineering in Rensselaer. „Angesichts der Fülle von Polypropylen im täglichen Leben ist diese Strategie vielleicht auch in vielen anderen Kontexten nützlich.“