In de voortdurende strijd tegen COVID-19, experts op het gebied van microbiologie en koper bevelen een uitgebreid gebruik van het metaal aan om de verspreiding van het virus te verminderen. Zo kan koper worden verwerkt in de constructie van maskers, het algemeen aanvaarde virusbestrijdende persoonlijke item?

Dat is wat Jing Zhang van de School of Engineering and Technology bij IUPUI en een team van onderzoekers doen, met behulp van een koperen coating op 3D-geprinte plastic filters om efficiëntere maskers en ademhalingstoestellen te creëren.

"Eén onderzoek in 2015, gefinancierd door het Amerikaanse ministerie van Defensie, zei dat een koperlegering 58 procent van de infecties kan doden, " zei Zhang, een universitair hoofddocent bij de afdeling Mechanical and Energy Engineering. "We kunnen koperbeplating gebruiken om sommige vaak aangeraakte oppervlakken zoals deurknoppen en liftknoppen te bedekken; dat inspireerde me om te zien hoe we wat lijkt op bijna een magisch metaal kunnen combineren in een maskerontwerp."

De uitdaging was om een ​​structuur te vinden die kleine aerosoldeeltjes blokkeert en tegelijkertijd zorgt voor een goede ventilatie voor de ademhaling, en de natuur had een antwoord:de kieuwen van vissen. Met kieuwen kunnen vissen zuurstof uit het water halen, en dat ontwerp is verwerkt in het prototypemasker.

"We weten hoe de natuur werkt, dus we moesten uitzoeken hoe we daar een kunstmatige structuur van konden maken, " zei Zhang, wiens onderzoeksinteresses in 3D-printen in het spel kwamen.

In het prototype is een ring met V-vorm "vinnen, "een analoge structuur als de kieuwdraad, is ontworpen om het oppervlak te vergroten waar lucht door meer kanalen gaat. Twee benaderingen om te creëren die een groen-laser metalen 3D-printer gebruiken om de complexe koperstructuur direct te reproduceren of, op een nog economischere manier om het ontwerp te maken, 3D-printen van een plastic structuur gevolgd door galvaniseren, waarin de 3D-geprinte plastic component wordt samengevoegd in een vloeibare oplossing vol koperionen en de ionen worden gemigreerd en bedekken het oppervlak onder elektrisch veld.

Medewerker Jingzhi Pu, van de afdeling Scheikunde en Chemische Biologie van de School of Science van IUPUI, blijft kijken hoe koperionen de functie van het virus deactiveren met behulp van moleculaire dynamica-simulaties. Medewerker Ryan Ford Relich, directeur klinische microbiologie en serologie bij Eskenazi Health, helpt bij laboratoriumtests die hopelijk in oktober tot een werkend prototype zullen leiden. Afgestudeerde studenten in de groep van Zhang, Xuehui Yang en Tejesh Dube, helpen ook mee aan het project.

"Ik denk dat dit dagelijks kan worden gebruikt, maar ook kan worden toegepast op andere systemen, zoals ontluchtingsfilters in gebouwen en vliegtuigen, die langdurig gebruik vereisen, " zei Zhang. "Koper is herbruikbaar en gemakkelijk schoon te maken, zeer betaalbaar, en milieuvriendelijk."