Представьте, что вы носите одежду со слоями бумаги, которые защищают вас от опасных бактерий.
Команда под руководством Рутгерса изобрела недорогой и эффективный способ уничтожения бактерий и дезинфекции поверхностей с помощью устройств из бумаги.
«Бумага - древний материал, но она обладает уникальными свойствами для новых, высокотехнологичных приложений», - сказал Аарон Маццео, доцент кафедры машиностроения и аэрокосмической инженерии Рутгерса.«Мы обнаружили, что, подавая высокое напряжение на сложенные стопкой листы металлизированной бумаги, мы можем генерировать плазму, которая представляет собой комбинацию тепла, ультрафиолетового излучения и озона, убивающую микробы».
Исследователи подробно описали свое изобретение в исследовании, опубликованном онлайн в Proceedings of the National Academy of Sciences.
В будущем дезинфицирующие средства на бумажной основе могут быть пригодны для одежды, которая сама себя стерилизует, устройств для дезинфекции лабораторного оборудования и умных повязок для заживления ран, среди прочего, говорится в исследовании. Мотивацией для этого исследования было создание средств индивидуальной защиты, которые могли бы сдержать распространение инфекционных заболеваний, таких как разрушительная вспышка лихорадки Эбола в 2014 году в Западной Африке.
Изобретение исследователей состоит из бумаги с тонкими слоями алюминия и узорами в виде шестиугольников/сот, которые служат электродами для производства плазмы или ионизированного газа. Волокнистая и пористая природа бумаги позволяет газу проникать в нее, подпитывая плазму и облегчая охлаждение.
«Насколько нам известно, мы первыми использовали бумагу в качестве основы для генерации плазмы», - сказал Цзинджин Се, ведущий автор исследования и докторант кафедры машиностроения и аэрокосмической техники.
В экспериментах дезинфицирующие средства на бумажной основе убили более 99 процентов Saccharomyces cerevisiae (разновидность дрожжей) и более 99,9 процента клеток бактерий E. coli. Большинство бактерий кишечной палочки безвредны и являются важной частью здорового желудочно-кишечного тракта человека. Однако, по данным Центров по контролю и профилактике заболеваний США, некоторые виды кишечной палочки могут вызывать диарею, инфекции мочевыводящих путей, пневмонию и другие заболевания.
«Предварительные результаты показали, что наши дезинфицирующие средства могут убивать споры бактерий, которые трудно уничтожить с помощью обычных методов стерилизации», - сказал Цян (Ричард) Чен, соавтор исследования и докторант кафедры биологии растений в Рутгерсе. ' Школа экологических и биологических наук.
«Наш следующий этап - тщательно проверить, насколько эффективна наша система дезинфицирующих средств для уничтожения спор», - сказал Джеймс Ф. Уайт-младший, соавтор исследования и профессор патологии растений на кафедре биологии растений.
Маццео сказал, что одной из целей их текущих исследований является создание датчиков, которые напоминают то, как кожа человека и животных обеспечивает защиту от внешних микробов и бактерий, при этом обнаруживая входные данные (прикосновение, силу, температуру и влажность) из окружающей среды. Такие датчики могут охватывать части протезов, зданий или транспортных средств. Также возможно стерилизовать транспортные средства, роботов или устройства перед тем, как они попадут в опасную для заражения среду, и когда они выйдут из нее, чтобы предотвратить заражение людей и чистую окружающую среду.
Профессор Маццео недавно получил награду NSF CAREER Award 2017, которая позволит его исследовательской группе продолжить работу с датчиками papertronic. Ученые займутся разработкой и изготовлением датчиков на бумажной основе для носимых устройств, способных измерять мозговые волны и пот, чтобы определять человеческую бдительность и стресс. Их будущая работа должна привести к электронным устройствам, которые устранят разрыв между машинами и людьми, создавая при этом новые технологии обработки возобновляемых бумажных изделий.
Видео: