Virussen kunnen zich niet alleen verspreiden via druppeltjes of aerosolen zoals het nieuwe coronavirus, maar in het water te. In feite, sommige potentieel gevaarlijke pathogenen van gastro-intestinale ziekten zijn door water overgedragen virussen.

Daten, dergelijke virussen zijn uit het water verwijderd met behulp van nanofiltratie of omgekeerde osmose, maar tegen hoge kosten en ernstige gevolgen voor het milieu. Bijvoorbeeld, nanofilters voor virussen zijn gemaakt van op aardolie gebaseerde grondstoffen, terwijl omgekeerde osmose relatief veel energie kost.

Milieuvriendelijk membraan ontwikkeld

Nu een internationaal team van onderzoekers onder leiding van Raffaele Mezzenga, Hoogleraar Food &Soft Materials aan de ETH Zürich, heeft een nieuw waterfiltermembraan ontwikkeld dat zowel zeer effectief als milieuvriendelijk is. Om het te vervaardigen, de onderzoekers gebruikten natuurlijke grondstoffen.

Het filtermembraan werkt volgens hetzelfde principe dat Mezzenga en zijn collega's ontwikkelden voor het verwijderen van zware of edele metalen uit water. Ze creëren het membraan met behulp van gedenatureerde wei-eiwitten die zich assembleren tot minuscule filamenten die amyloïde fibrillen worden genoemd. Op dit moment, de onderzoekers hebben deze fibrilsteiger gecombineerd met nanodeeltjes van ijzerhydroxide (Fe-O-HO).

Het vervaardigen van het membraan is relatief eenvoudig. Om de fibrillen te produceren, Wei-eiwitten afkomstig van melkverwerking worden toegevoegd aan zuur en verwarmd tot 90 graden Celsius. Dit zorgt ervoor dat de eiwitten zich uitstrekken en aan elkaar hechten, fibrillen vormen. De nanodeeltjes kunnen in hetzelfde reactievat als de fibrillen worden geproduceerd:de onderzoekers verhogen de pH en voegen ijzerzout toe, waardoor het mengsel uiteenvalt in nanodeeltjes van ijzerhydroxide, die zich hechten aan de amyloïde fibrillen. Voor deze toepassing, Mezzenga en zijn collega's gebruikten cellulose om het membraan te ondersteunen.

Deze combinatie van amyloïde fibrillen en ijzerhydroxide-nanodeeltjes maakt het membraan tot een zeer effectieve en efficiënte val voor verschillende virussen die in water aanwezig zijn. Het positief geladen ijzeroxide trekt elektrostatisch de negatief geladen virussen aan en inactiveert ze. Amyloïde fibrillen alleen zouden dit niet kunnen doen omdat, zoals de virale deeltjes, ze zijn ook negatief geladen bij neutrale pH. Echter, de fibrillen zijn de ideale matrix voor de ijzeroxide nanodeeltjes.

Verschillende virussen zeer efficiënt geëlimineerd

Het membraan elimineert een breed scala aan watergedragen virussen, inclusief niet-omhulde adenovirussen, retrovirussen en enterovirussen. Deze derde groep kan gevaarlijke gastro-intestinale infecties veroorzaken, die elk jaar ongeveer een half miljoen mensen doden, vaak jonge kinderen in ontwikkelingslanden en opkomende landen. Enterovirussen zijn extreem taai en zuurbestendig en blijven zeer lang in het water, dus het filtermembraan moet vooral aantrekkelijk zijn voor armere landen als een manier om dergelijke infecties te helpen voorkomen.

Bovendien, het membraan elimineert ook H1N1-griepvirussen en zelfs het nieuwe SARS-CoV-2-virus met grote efficiëntie uit het water. In gefilterde monsters, de concentratie van de twee virussen was onder de detectielimiet, wat overeenkomt met bijna volledige eliminatie van deze pathogenen.

"We zijn ons ervan bewust dat het nieuwe coronavirus voornamelijk wordt overgedragen via druppeltjes en aerosolen, maar eigenlijk, zelfs op deze schaal het virus vereist wordt omringd door water. Het feit dat we het zeer efficiënt uit water kunnen verwijderen, onderstreept op indrukwekkende wijze de brede toepasbaarheid van ons membraan, ', zegt Mezzenga.

Hoewel het membraan in de eerste plaats is ontworpen voor gebruik in afvalwaterzuiveringsinstallaties of voor drinkwaterbehandeling, het kan ook worden gebruikt in luchtfiltratiesystemen of zelfs in maskers. Omdat het uitsluitend uit ecologisch verantwoorde materialen bestaat, het kan na gebruik eenvoudig worden gecomposteerd - en de productie ervan vereist minimale energie. Deze eigenschappen geven het een uitstekende ecologische voetafdruk, zoals de onderzoekers ook aangeven in hun onderzoek. Omdat de filtratie passief is, het vereist geen extra energie, die haar werking CO2-neutraal en bruikbaar maakt in elke sociale context, van stedelijke tot landelijke gemeenschappen.