Onderzoekers van het Rensselaer Polytechnic Institute hebben een toegankelijke manier ontwikkeld om N95-gezichtsmaskers niet alleen effectieve barrières voor ziektekiemen te maken, maar ook on-contact kiemdoders. De antivirale, antibacteriële maskers kunnen mogelijk langer worden gedragen, waardoor er minder plastic afval ontstaat omdat de maskers niet zo vaak vervangen hoeven te worden.

Helen Zha, assistent-professor chemische en biologische engineering en lid van het Centrum voor Biotechnologie en Interdisciplinaire Studies in Rensselaer (CBIS), werkte samen met Edmund Palermo, universitair hoofddocent materiaalwetenschap en techniek en lid van het Centrum voor Materialen, Apparaten, en geïntegreerde systemen (cMDIS) bij Rensselaer, om infectieuze luchtwegaandoeningen en milieuvervuiling te bestrijden met het perfecte recept om gezichtsmaskers te verbeteren.

"Dit was een veelzijdige materiaaltechnische uitdaging met een geweldig, divers team van medewerkers," zei Palermo. "We denken dat het werk een eerste stap is in de richting van duurzamere, zelfsteriliserende persoonlijke beschermingsmiddelen, zoals het N95-beademingsapparaat. Het kan de overdracht van ziekteverwekkers in de lucht in het algemeen helpen verminderen."

In recent gepubliceerd onderzoek in ACS Applied Materials &Interfaces , heeft het team met succes breedspectrum antimicrobiële polymeren geënt op de polypropyleenfilters die worden gebruikt in N95-gezichtsmaskers.

"De actieve filtratielagen in N95-maskers zijn erg gevoelig voor chemische modificatie", zegt Zha. "Het kan ervoor zorgen dat ze slechter presteren op het gebied van filtratie, dus ze presteren in wezen niet meer zoals N95's. Ze zijn gemaakt van polypropyleen, dat moeilijk chemisch te wijzigen is. Een andere uitdaging is dat je de zeer fijne netwerk van vezels in deze maskers, waardoor ze moeilijker kunnen ademen."

Zha en Palermo, samen met andere onderzoekers van Rensselaer, Michigan Technological Institute en Massachusetts Institute of Technology, hechtten covalent antimicrobiële quaternaire ammoniumpolymeren aan de vezeloppervlakken van niet-geweven polypropyleenweefsels met behulp van ultraviolet (UV) geïnitieerd enten. De stoffen zijn geschonken door Hills Inc. met dank aan Rensselaer alumnus Tim Robson.

"Het proces dat we hebben ontwikkeld, maakt gebruik van een heel eenvoudige chemie om deze niet-uitlogende polymeercoating te creëren die virussen en bacteriën kan doden door in wezen hun buitenste laag open te breken", zei Zha. "Het is heel eenvoudig en een potentieel schaalbare methode."

Het team gebruikte alleen UV-licht en aceton in hun proces, die overal verkrijgbaar zijn, om het gemakkelijk te implementeren. Bovendien kan het proces worden toegepast op reeds vervaardigde polypropyleenfilters, in plaats van dat er nieuwe moeten worden ontwikkeld.

Het team zag wel een afname van de filtratie-efficiëntie wanneer het proces rechtstreeks op de filtratielaag van N95-maskers werd toegepast, maar de oplossing is eenvoudig. De gebruiker zou een ongewijzigd N95-masker kunnen dragen samen met een andere polypropyleenlaag met het antimicrobiële polymeer erop. Fabrikanten zouden in de toekomst een masker kunnen maken met het antimicrobiële polymeer verwerkt in de toplaag.

Dankzij een subsidie ​​van de National Science Foundation Rapid Response Research (RAPID) begonnen Zha en Palermo hun onderzoek in 2020 toen er een tekort aan N95-gezichtsmaskers was.

Gezondheidswerkers hergebruikten zelfs maskers die bedoeld waren voor eenmalig gebruik. Snel vooruit naar 2022 en alle soorten gezichtsmaskers zijn nu overal verkrijgbaar. De COVID-cijfers zijn echter nog steeds hoog, de dreiging van een nieuwe pandemie in de toekomst is een duidelijke mogelijkheid, en wegwerpmaskers voor eenmalig gebruik stapelen zich op op stortplaatsen.

"Hopelijk bevinden we ons aan de andere kant van de COVID-pandemie", zei Zha. "Maar dit soort technologie zal steeds belangrijker worden. De dreiging van ziekten veroorzaakt door microben in de lucht gaat niet weg. Het wordt hoog tijd dat we de prestaties en duurzaamheid verbeteren van de materialen die we gebruiken om onszelf te beschermen."

"Het is een slimme strategie om chemische groepen die bij contact virussen of bacteriën doden, aan polypropyleen te hechten", zegt Shekhar Garde, decaan van de School of Engineering in Rensselaer. "Gezien de overvloed aan polypropyleen in het dagelijks leven, is deze strategie misschien ook nuttig in veel andere contexten." + Verder verkennen

Nieuwe studie stelt een goedkoop, zeer efficiënt maskerontwerp voor