新型石墨烯口罩来了!10分钟可杀超99%细菌 价格料低于N95

时间:2020年09月14日 17:09:09 中财网
  据报道,香港城市大学(City University of Hong Kong,简称CityU)的研究团队已成功研制出了抗菌率达80%的石墨烯口罩,且在阳光下曝晒10分钟后,抗菌效率可提高到几乎100%。该研究成果已发表在了学术期刊《ACS纳米》(ACS Nano)上。

  据悉,这项研究是由香港城市大学化学系助理教授叶汝全博士与其他研究人员进行的。初步实验结果显示,该口罩在两种新冠病毒变体的失活方面取得了非常有希望的结果。此外,石墨烯口罩生产成本低、生产便捷,并有助于解决原料来源和不可生物降解口罩的处置问题。


  口罩已被广泛推荐用于控制和预防呼吸道病毒疾病,也是今年抗击新冠病毒的重要工具,但口罩的不当使用和处置会带来二次传播的高风险,当顽固的病原体积聚在口罩上时,可能会威胁到其保护效果。

  此外,环境污染和材料供应短缺也是此次新冠疫情期间暴露出来的两个主要问题。例如,新冠疫情导致全球口罩供应短缺,口罩和熔喷面料价格飙升。大多数口罩是为一次性使用而设计的,过滤层使用聚丙烯,一种在填埋场降解需要10年以上的热塑性塑料。为了缓解这种情况,科学家们一直在寻找安全有效的替代材料。

  优秀的抗菌效率
  据悉,研究人员使用大肠杆菌比较了石墨烯(LIG)与活性炭纤维(ACF)和熔喷织物(MBF)的抗菌性能,活性炭纤维和熔喷织物分别是商用活性炭和外科口罩的关键过滤层。实验发现,石墨烯的抗菌率高达82%左右。相比之下,另外两种常用材料的抗菌率分别只有2%和9%。另外,即使在8小时后,沉积在ACF和MBF上的大肠杆菌中仍有90%以上仍然存活,而LIG上的大肠杆菌则以大部分死亡。

  
  叶教授表示,“激光诱导石墨烯材料能够杀死几乎全部大肠杆菌及空气中的细菌,石墨烯的亲水及疏水性质均可杀菌,前者可破坏细菌膜,后者可加速细菌流失水分。不过,石墨烯杀菌的确切机制还需要更多的研究。”

  此外,鉴于有研究发现,高温可令新冠病毒失去感染力,研究人员便进行了实验,以测试石墨烯的光热效应(吸收光后产生热量)是否能增强抗菌作用。结果表明,石墨烯材料在阳光曝晒10分钟后,抗菌效率可提高到99.998%,而ACF和MBF的抗菌效率仅为67%和85%。

  与此同时,该研究团队还用了两种新冠病毒变体来测试激光诱导石墨烯材料的抗病毒能力。初步实验结果发现,该材料可在5分钟内使超过90%的病毒失去活性,然后在10分钟后使全部病毒失去活性。

  平价且易于制作
  事实上,目前生产石墨烯的常用方法均难以控制成品的形状,且须在高温环境中进行,合成时间长,成本也很高。但香港城市大学此次研发出了突破性的“环保技术”——激光诱导石墨烯,基本上含碳的材料,例如纤维和纸张等生物质材料,都可采用这技术;而且可在室温操作,除了原材料之外,无需使用其他化学物,既不造成污染,能源消耗也不多。

  
  叶教授指出,“用这种石墨烯材料制作的口罩可以重用,而且若用生物质材料来生产石墨烯,不但有助解决口罩原材料供应紧张的问题,更可纾缓口罩不可降解对环境构成的压力。”

  叶教授还称,激光诱导石墨烯的制作工序很简单,每1.5分钟可打印到100平方厘米的石墨烯口罩材料,用作口罩的表层或内层。此外,技术还可通过调节激光的功率来改变石墨烯孔的大小,使透气度与一般外科口罩相若。而成本则要看所选的原材料,制成品价钱估计介于外科口罩与N95口罩之间。
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