Les bactéries en suspension dans l'air peuvent voir ce qui ressemble à un tapis à poils longs confortable sur lequel s'installer. Mais c'est un piège.

Les scientifiques de l'Université Rice ont transformé leur graphène induit par laser (LIG) en filtres auto-stérilisants qui capturent les agents pathogènes de l'air et les tuent avec de petites impulsions électriques.

Le filtre flexible développé par le laboratoire Rice du chimiste James Tour peut être d'un intérêt particulier pour les hôpitaux. Selon les Centers for Disease Control and Prevention, les patients ont 1 chance sur 31 de contracter une infection potentiellement résistante aux antibiotiques pendant l'hospitalisation.

L'appareil décrit dans la revue American Chemical Society ACS Nano capture les bactéries, champignons, spores, prion, endotoxines et autres contaminants biologiques transportés par les gouttelettes, aérosols et particules.

Le filtre empêche ensuite les microbes et autres contaminants de proliférer en chauffant périodiquement jusqu'à 350 degrés Celsius (662 degrés Fahrenheit), assez pour effacer les agents pathogènes et leurs sous-produits toxiques. Le filtre nécessite peu de puissance, et chauffe et refroidit en quelques secondes.

LIG est une mousse conductrice de pur, feuilles de carbone atomiquement minces synthétisées en chauffant la surface d'une feuille de polyimide commune avec un coupeur laser industriel. Le procédé découvert par le laboratoire de Tour en 2014 a conduit à une gamme d'applications pour l'électronique, nanogénérateurs triboélectriques, matériaux composites, l'électrocatalyse et même l'art.

L'adapter pour l'utiliser comme un filtre signifiait créer du graphène au laser des deux côtés du polyimide, laisser une amende, treillis tridimensionnel du polymère pour renforcer la mousse de graphène. La construction au laser à différentes températures a donné lieu à une épaisse forêt de fibres de graphène avec des feuilles interconnectées en dessous.

Comme tout graphène pur, la mousse est conductrice d'électricité. Une fois électrifié, Le chauffage Joule élève la température du filtre au-dessus de 300 C, assez pour non seulement tuer les agents pathogènes piégés, mais aussi pour décomposer les sous-produits toxiques qui peuvent nourrir de nouveaux micro-organismes et activer le système immunitaire humain.

Les chercheurs ont suggéré un seul, Un filtre LIG sur mesure pourrait être suffisamment efficace pour remplacer les deux lits filtrants actuellement requis par les normes fédérales pour les systèmes de ventilation des hôpitaux.

"Tant de patients sont infectés par des bactéries et leurs produits métaboliques, qui, par exemple, peut entraîner une septicémie à l'hôpital, " Tour a déclaré. " Nous avons besoin de plus de méthodes pour lutter contre le transfert aéroporté non seulement des bactéries mais aussi de leurs produits en aval, ce qui peut provoquer des réactions graves chez les patients.

« Certains de ces produits, comme les endotoxines, doivent être exposés à des températures de 300 degrés Celsius afin de les désactiver, " un but servi par le filtre LIG, il a dit. « Cela pourrait réduire considérablement le transfert de molécules générées par des bactéries entre les patients, et ainsi réduire les coûts ultimes des séjours des patients et réduire les maladies et les décès dus à ces agents pathogènes. »

Le laboratoire a testé les filtres LIG avec un système de filtration sous vide commercial, aspirer l'air à raison de 10 litres par minute pendant 90 heures, et a découvert que le chauffage Joule assainissait avec succès les filtres de tous les agents pathogènes et sous-produits. L'incubation des filtres usagés pendant 130 heures supplémentaires n'a révélé aucune croissance bactérienne ultérieure sur les unités chauffées, contrairement aux filtres LIG de contrôle qui n'avaient pas été chauffés.

"Les expériences de culture de bactéries réalisées sur une membrane en aval du filtre LIG ont indiqué que les bactéries sont incapables de pénétrer dans le filtre LIG, " a déclaré John Li, étudiant en deuxième année de Rice, co-auteur principal de l'article avec le chercheur postdoctoral Michael Stanford.

Stanford a noté que la fonction de stérilisation "peut réduire la fréquence à laquelle les filtres LIG devraient être remplacés par rapport aux filtres traditionnels".

Tour a suggéré que les filtres à air LIG pourraient également trouver leur place dans les avions commerciaux.

"Il a été prédit que d'ici 2050, 10 millions de personnes par an mourront de bactéries résistantes aux médicaments, " at-il dit. " Le monde a longtemps eu besoin d'une certaine approche pour atténuer le transfert aéroporté d'agents pathogènes et de leurs produits délétères connexes. Ce filtre à air LIG pourrait être un élément important de cette défense."