Nový materiál nabaluje na svůj vnější povrch virově smrtící teplo a přitom zůstává chladný na zádech.
Mohlo by to změnit způsob, jakým vyrábíme a používáme osobní ochranné prostředky (OOP), a tím snížit znečištění a uhlíkovou stopu spojenou se současnými materiály a postupy.
Textilní kompozitní materiál využívá ohřev Joule k dekontaminaci svého povrchu od koronavirů, jako je SARS-CoV-2, za méně než pět sekund, čímž účinně zabíjí nejméně 99,9 % virů. Nositelné předměty vyrobené z tohoto materiálu zvládnou stovky použití, přičemž jeden pár rukavic může zabránit téměř 20 kilogramům odpadu, který by vznikl při vyhození jednorázových nitrilových rukavic.
„Nárůst množství odpadu z OOP a problémy způsobené nedostatkem v dodavatelském řetězci během pandemie nás přiměly uvědomit si potřebu opakovaně použitelných OOP,“ říká Marquise Bell, postgraduální studentka strojního inženýrství na Rice University a hlavní autorka studie. na materiálu zveřejněném v Materiály a rozhraní ACS. „Tato práce připravuje cestu pro systémové změny týkající se jednorázových OOP na jedno použití.
„Nejlepší na tom je, že si k čištění nemusíte sundávat ani rukavice nebo jiný ochranný oděv. Tento materiál umožňuje dekontaminaci během několika sekund, takže se můžete vrátit k danému úkolu.“
Pomocí elektrického proudu tkanina rychle zahřeje svůj vnější povrch na teploty nad 100 stupňů Celsia (212 Fahrenheitů), přičemž zůstává blízko normální tělesné teplotě na zádech, v blízkosti pokožky nositele, kde dosahuje maximálně asi 36 C (97 F). ).
„Zařízení se musí dostatečně zahřát, aby účinně zabilo viry, ale ne tak, aby způsobilo popáleniny nebo nepohodlí uživateli,“ říká Bell. “Zahrnujeme bezpečnostní mechanismy, abychom zajistili, že se to nestane.”
Ve srovnání s jinými dekontaminačními metodami má suché teplo tendenci být spolehlivé a méně pravděpodobné, že poškodí ochranné prostředky. Vyrobit nositelné věci, které se rychle zahřejí na vhodné teploty, však vyžadovalo hodně práce.
„Naše laboratoř se hodně zabývala tepelnou inaktivací virů,“ říká Daniel Preston, odborný asistent strojního inženýrství a autor studie. “Začali jsme během pandemie s podporou grantu od National Science Foundation a snažili jsme se porozumět mechanismu, kterým jsou tyto viry inaktivovány a jak se urychlují při vyšších teplotách.”
Předchozí výzkum pomohl vést k materiálovému designu. Yizhi Jane Tao, profesorka biologických věd, jejíž virologická laboratoř prováděla experimenty, aby potvrdila samodekontaminační schopnosti materiálu, říká, že na ni udělalo dojem, jak přesně experimentální data odpovídala předpovědím.
„Jsme velmi rádi, že můžeme přispět svými znalostmi k tomuto novému materiálu,“ říká Tao.
Kai Ye, postgraduální student v laboratoři Tao, který pomáhal s výzkumem, říká, že rukavice dobře obstály v „testu infekčnosti“ a slibují ochranu proti dalším podobným virům.
Vezmeme-li v úvahu rozdíl teplot mezi vnějším a vnitřním povrchem, je materiál překvapivě pružný a lehký – což je výkon, který přímo navazuje na výzkumné zaměření společnosti Bell na inteligentní textilní materiály.
„Studuji mechaniku, termodynamiku a procesy přenosu tepla lehkých produktů, které lze vrstvit pro použití v nositelných asistenčních zařízeních,“ říká Bell. „Například skafandry se skládají z mnoha vrstev: nejvnitřnější vrstvy jsou místa, kde se odehrává většina funkcí, blízko lidského těla. Takže mezi nimi máte spoustu tepelně izolačních vrstev doplněných pevnějšími, více ochrannými vrstvami na vnější straně obleku.
“Vidím, jak můžeme používat chytré textilní materiály a integrovat je do skafandrů, abychom snížili jejich hmotnost a zároveň přidali multifunkčnost.”
Práce financovaly National Science Foundation, Welch Foundation, NASA, National GEM Consortium, Rice Academy of Fellows a Shared Equipment Authority.
Zdroj: Rice University