Notícia

Novo filtro de grafeno captura e elimina bactérias em ambientes fechados, como em hospitais

Fonte

Universidade Rice

Data

quarta-feira, 9 outubro 2019 10:40

Áreas

Qualidade do Ar. Tecnologias. Saúde.

Cientistas da Universidade Rice, nos Estados Unidos, transformaram o grafeno induzido por laser (LIG, da sigla em inglês) em filtros auto-esterilizantes que capturam patógenos no ar e os eliminam com pequenos pulsos de eletricidade. O filtro flexível desenvolvido no laboratório do Dr. James Tour pode ser de especial interesse para os hospitais. De acordo com os Centros de Controle e Prevenção de Doenças dos Estados Unidos, pacientes internados em hospitais têm uma chance de 1 em 31 de adquirir uma infecção potencialmente resistente a antibióticos durante a hospitalização.

O dispositivo descrito na revista científica ACS Nano captura bactérias, fungos, esporos, príons, endotoxinas e outros contaminantes biológicos transportados por gotículas, aerossóis e material particulado. O filtro impede a proliferação de micróbios e outros contaminantes, aquecendo periodicamente até 350°C, o suficiente para eliminar os patógenos e seus subprodutos tóxicos. O filtro requer pouca energia e aquece e esfria em segundos.

O “grafeno induzido por laser” é uma espuma condutora de folhas de carbono puro, atomicamente finas, sintetizadas através do aquecimento da superfície de uma folha de poliimida comum com um cortador a laser industrial. O processo descoberto pelo laboratório do Dr. Tour em 2014 levou a uma variedade de aplicações para eletrônicos, nanogeradores triboelétricos, compósitos, eletrocatálise e até arte.

Porém, adaptar o material para uso como filtro significava obter grafeno a laser nos dois lados da poliimida, deixando uma treliça fina e tridimensional do polímero para reforçar a espuma de grafeno. A fabricação a laser em diferentes temperaturas resultou em uma conjunto espesso de fibras de grafeno com folhas menores e interconectadas.

Como todo grafeno puro, a espuma conduz eletricidade. Quando eletrificado, o efeito Joule aumenta a temperatura do filtro acima de 300°C, o suficiente para não apenas eliminar patógenos presos, mas também decompor subprodutos tóxicos que podem alimentar novos microrganismos e ativar o sistema imunológico humano.

Os pesquisadores sugeriram que um único filtro LIG de ajuste personalizado pudesse ser eficiente o suficiente para substituir os dois leitos de filtro atualmente exigidos pelos padrões federais nos Estados Unidos para sistemas de ventilação hospitalar. “Muitos pacientes são infectados por bactérias e seus produtos metabólicos, que por exemplo podem resultar em sepse enquanto estão no hospital”, afirmou o Dr. Tour. “Precisamos de mais métodos para combater a transferência aérea não apenas de bactérias, mas também de seus produtos, que podem causar reações graves entre os pacientes. Alguns desses produtos, como endotoxinas, precisam ser expostos a temperaturas de 300°C para eliminá-los”, uma finalidade alcançada pelo filtro LIG, disse o especialista. “Isso pode diminuir significativamente a transferência de moléculas geradas por bactérias entre os pacientes e, assim, reduzir os custos finais de estadias dos pacientes e reduzir doenças e mortes causados por esses patógenos”.

O laboratório testou os filtros LIG com um sistema comercial de filtragem a vácuo, aspirando o ar a uma taxa de 10 litros por minuto durante 90 horas, e descobriu que o aquecimento Joule higienizava com sucesso os filtros de todos os patógenos e subprodutos. A incubação dos filtros usados ​​por mais 130 horas não revelou crescimento bacteriano subsequente nas unidades aquecidas, ao contrário dos filtros LIG de controle que não foram aquecidos. “Os experimentos de cultivo de bactérias realizados em uma membrana a jusante do filtro LIG indicaram que as bactérias são incapazes de permear o filtro LIG”, disse o estudante John Li, co-autor principal do trabalho com o pesquisador de pós-doutorado Dr. Michael Stanford. O Dr. Stanford observou que o recurso de esterilização “pode ​​reduzir a frequência com a qual os filtros LIG precisariam ser substituídos em comparação com os filtros tradicionais”.

O Dr. Tour sugeriu que os filtros de ar LIG também poderiam ser usados ​​em aeronaves comerciais. “Está previsto que até 2050, 10 milhões de pessoas por ano morrerão por bactérias resistentes a medicamentos”, disse ele. “Há muito que o mundo precisa de alguma abordagem para mitigar a transferência aérea de patógenos e seus produtos deletérios relacionados. Este filtro de ar LIG pode ser uma peça importante nessa defesa. ”

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade Rice (em inglês).

Fonte: Mike Williams, Universidade Rice. Imagem: Divulgação, Universidade Rice.