Пандемия COVID-19 повысила осведомленность общества о важности использования масок для индивидуальной защиты. Однако, когда размер ячеек ткани для масок достаточно мал для улавливания вирусов, длина которых составляет около ста нанометров, ткань также ограничивает поток воздуха, что приводит к дискомфорту пользователя. Ученые из Японии нашли способ избежать этого.
В исследовании, опубликованном в журнале Materials Advances, ученые из Института промышленных наук Токийского университета разработали фильтр, способный улавливать наночастицы, такие как вирусы, не сильно ограничивая поток воздуха. Это удалось сделать благодаря тщательно продуманной структуре пор в фильтре.
Фильтр построен из нанолистов, состоящих из упорядоченной сетки порфиринов — плоских кольцеобразных молекул с центральным отверстием. Крошечные отверстия в молекулах порфиринов имеют подходящий размер, чтобы обеспечить легкое прохождение мелких молекул газа в воздухе и одновременно блокировать движение более крупных частиц, таких как вирусы. Затем нанолисты закрепляются на ткани, модифицированной нановолокнами с порами в несколько сотен нанометров, и образуют фильтр.
«Нанолисты на основе порфирина образуются в результате межфазных реакций, которые обусловлены движением реагентов, вызванным градиентом поверхностного натяжения на границе раздела воздух — растворитель, известного как эффект Марангони», — говорит старший автор работы Казуюки Ишии. «Затем нанолисты сжимаются и наносятся на ткань, модифицированную нановолокнами, методом штамповки».
Команда протестировала фильтр, используя стандартную процедуру, применяемую для тестирования лицевых масок N95. Результаты тестов показали, что фильтр эффективно задерживает частицы размером с вирус. Эффективность фильтрации частиц составила 96 %, что превышает требование 95 % для маски N95.
«Наш фильтр на основе порфирина собирал наночастицы диаметром до ста нанометров», — объясняет автор работы Казуюки Ишии. «Важно отметить, что фильтр также показал минимальное снижение дифференциального давления при измерении потока газа. Это говорит о том, что маска способна задерживать частицы размером с вирус и при этом практически не ограничивать поток воздуха».
Подход команды, включающий нанесение пористых нанолистов на нановолокна, обещает создать материалы, способные эффективно фильтровать мелкие частицы, такие как вирусы, сохраняя при этом поток воздуха, чтобы обеспечить комфорт и защиту пользователя.
[Фото: Institute of Industrial Science, The University of Tokyo / Kazuyuki Ishii]
