Нанофильтр на основе порфиринов захватывает вирусы, но требует доработки для применения в масках

Пандемия COVID-19 повысила осведомленность общественности о важности масок для индивидуальной защиты. Однако, когда размер ячеек ткани маски достаточно мал, чтобы захватывать вирусы (размером около 100 нм), ткань обычно также ограничивает поток воздуха, что вызывает дискомфорт. Исследователи из Японии разработали новый фильтрующий материал, эффективно захватывающий наночастицы, хотя для комфортного использования в масках требуются дальнейшие улучшения.

В исследовании, опубликованном в Materials Advances, ученые из Института промышленных наук Токийского университета создали фильтр, способный захватывать наночастицы, такие как вирусы. Фильтр демонстрирует высокую эффективность фильтрации, но его сопротивление воздушному потоку в настоящее время превышает стандарты, предъявляемые к лицевым маскам.

Фильтр состоит из нанолистов, представляющих собой упорядоченную сетку из порфиринов — плоских кольцеобразных молекул с центральным отверстием. Крошечные отверстия в молекулах порфирина подходящего размера, чтобы легко пропускать малые молекулы газов в воздухе, но блокировать движение более крупных частиц, таких как вирусы. Нанолисты наносятся на ткань, модифицированную нановолокнами с порами в несколько сотен нанометров.

«Нанолисты на основе порфирина конструируются с помощью межфазных реакций, управляемых движением реагентов из-за градиента поверхностного натяжения на границе раздела воздух–растворитель, известного как эффект Марангони, — говорит старший автор Кадзуюки Исии. — Затем нанолисты сжимаются и наносятся на модифицированную нановолокнами ткань методом штамповки».

Команда протестировала фильтр по стандартной процедуре для масок N95. Результаты показали, что фильтр эффективно улавливал частицы размером с вирусы. Эффективность фильтрации частиц составила 96%, что превышает требование в 95% для маски N95.

«Наш фильтр на основе порфирина собирал наночастицы диаметром всего 100 нанометров, — объясняет Кадзуюки Исии. — Важно, что фильтр также показал лишь умеренное падение перепада давления при измерении потока газа. Хотя это указывает на способность фильтра задерживать частицы размером с вирусы, измеренное падение давления выше текущих стандартов воздухопроницаемости для лицевых масок».

Подход команды, включающий нанесение пористых нанолистов на нановолокна, перспективен для создания материалов, способных эффективно фильтровать мелкие частицы. Однако для обеспечения как комфорта пользователя, так и защиты в масках необходима дальнейшая оптимизация для снижения сопротивления воздушному потоку до приемлемых уровней.