Filtreeri membraani abil viirused kahjutuks

Autor Peter Rüegg

ETH Zürichi teadlased töötavad välja uue filtrimembraani, mis on väga efektiivne mitmesuguste õhusõidukite filtreerimisel ja inaktiveerimisel.kantud ja vee-levivad viirused. Ökoloogiliselt usaldusväärsetest materjalidest valmistatud membraanil on piisavalt hea keskkondronmental jalajälg.

Viirused võivad levida mitte ainult tilgad või aerosoolid nagu uus koronaviirus, vaid ka vees. Tegelikult on mõned seedetrakti haiguste potentsiaalselt ohtlikud patogeenid vees levivad viirused.

Praeguseks on sellised viirused veest eemaldatud nanofiltreerimise või pöördosmoosi abil, kuid see on kõrge hinna ja keskkonnale tõsise mõjuga. Näiteks viiruste nanofiltrid on valmistatud naftapõhistest toorainetest, samal ajal kui pöördosmoos nõuab suhteliselt palju energiat.

Kujunes välja keskkonnasõbralik membraan
Nüüd on rahvusvaheline teadlaste meeskond, mida juhib toiduainete&võimendi professor Raffaele Mezzenga; Pehmed materjalid ETH Zürichis on välja töötanud uue veefiltrimembraani, mis on nii ülitõhus kui ka keskkonnasõbralik. Selle valmistamiseks kasutasid teadlased looduslikke tooraineid.

Filtrimembraan töötab samal põhimõttel, mille Mezzenga ja tema kolleegid töötasid raskete või väärismetallide veest eemaldamiseks. Nad loovad membraani denatureeritud vadakuvalkudega, mis koonduvad minutifilamentideks, mida nimetatakse amüloidfibrillideks. Sel juhul on teadlased kombineerinud seda fibrillist karkassi rauahüdroksiidi (Fe-O-HO) nanoosakestega.

Membraani valmistamine on suhteliselt lihtne. Fibrillide tootmiseks lisatakse happele piima töötlemisel saadud vadakuvalgud ja kuumutatakse temperatuurini 90 kraadi. See põhjustab valkude laienemist ja kinnitumist üksteisega, moodustades fibrille. Nanoosakesi saab toota samas reaktsioonianumas kui fibrillid: teadlased tõstavad pH-d ja lisavad rauasoola, põhjustades segu “lagunemise” rauahüdroksiidi nanoosakesteks, mis kinnituvad amüloidfibrillidele. Selle rakenduse jaoks kasutasid Mezzenga ja tema kolleegid membraani toetamiseks tselluloosi.

See amüloidfibrillide ja rauahüdroksiidi nanoosakeste kombinatsioon muudab membraani väga tõhusaks ja tõhusaks püüniseks mitmesuguste vees leiduvate viiruste jaoks. Positiivselt laetud raudoksiid meelitab negatiivselt laetud viiruseid elektrostaatiliselt ja inaktiveerib need. Ainuüksi amüloidfibrillid ei suudaks seda teha, sest sarnaselt viirusosakestele on nad neutraalse pH juures ka negatiivselt laetud. Kuid fibrillid on ideaalne maatriks rauaoksiidi nanoosakeste jaoks.

Erinevad viirused elimineeriti väga tõhusalt
Membraan kõrvaldab laia valikut vees levivaid viirusi, sealhulgas ümbriseta adenoviirused, retroviirused ja enteroviirused. See kolmas rühm võib põhjustada ohtlikke seedetrakti infektsioone, mis surevad igal aastal umbes pool miljonit inimest - sageli väikelapsi arengumaades ja kiiresti arenevates riikides. Enteroviirused on äärmiselt vastupidavad ja happekindlad ning püsivad vees väga kaua, seega peaks filtrimembraan olema eriti vaeste riikide jaoks atraktiivne, et aidata selliseid nakkusi vältida.

Veelgi enam, membraan kõrvaldab veest suure tõhususega ka H1N1-gripiviirused ja isegi uue SARS-CoV-2 viiruse. Filtreeritud proovides oli kahe viiruse kontsentratsioon alla avastamispiiri, mis on samaväärne nende patogeenide peaaegu täieliku elimineerimisega.

GG quot; Me oleme teadlikud, et uus koronaviirus levib valdavalt tilkade ja aerosoolide kaudu, kuid tegelikult nõuab viirus isegi sellises mahus vett ümbritsemist. Asjaolu, et saame selle veest väga tõhusalt eemaldada, rõhutab muljetavaldavalt meie membraani laialdast rakendatavust," ütleb Mezzenga.

Kui membraan on mõeldud peamiselt reoveepuhastites kasutamiseks või joogivee puhastamiseks, võib seda kasutada ka õhufiltreerimissüsteemides või isegi maskides. Kuna see koosneb eranditult ökoloogiliselt usaldusväärsetest materjalidest, võiks selle pärast kasutamist lihtsalt kompostida - ja selle tootmine nõuab minimaalset energiat. Need tunnused annavad sellele suurepärase keskkonnajalajälje, nagu ka teadlased oma uuringus rõhutavad. Kuna filtreerimine on passiivne, ei vaja see täiendavat energiat, mis muudab selle toimimise süsinikuneutraalseks ja võimalikuks kasutamiseks igas sotsiaalses kontekstis, alates linnast kuni maakogukonnani.

Lisaks Mezzenga laborile olid töösse kaasatud mitmete Šveitsi ülikoolide teadlased, sealhulgas viirusspetsialistid Zürichi, Lausanne'i ja Genfi ülikoolidest, EPFL, Cagliari ülikool ja ETH spin-off BluAct, kellel on selle patendi õigus. uus tehnoloogia.

Allikas: Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)