Am Joer 2019 ass d'Novel Coronavirus Krankheet (COVID-19) ausgebrach a séier ronderëm d'Welt verbreet. Den Duerchmiesser vum COVID-19 Virus deen de Moment entdeckt gëtt ass 60-140 nm, an d'Haaptiwwerdroungsroute sinn direkt Iwwerdroung, Aerosol Iwwerdroung a Kontaktiwwerdroung. Als Resultat ass d'Nofro fir N95 Klass Masken (N95 FFR) dramatesch eropgaang. N95 Klass Masken sinn haaptsächlech aus polypropylene (PP) Schmelzgeblosen nonwovens gemaach. Fir d'Filtratiounseffizienz ze verbesseren an d'relativ niddereg Resistenz z'erhalen, ginn PP-Faseren Corona-Entladungsmethoden ënnerworf fir eng staark Partikel Adhäsioun un den N95 FFR iwwer statesch Ladung ze bidden. Wéi och ëmmer, d'Laascht kann während der Benotzung verluer ginn, wat zu enger Ofsenkung vun der Filtereffizienz resultéiert. Zousätzlech ass d'Wiederverwendung vum N95 FFR limitéiert wéinst Faktoren wéi Hygiène, Schued, erhéicht Atmungsresistenz a reduzéierter Filtratiounseffizienz. Am Hibléck op dëst huet e Team gefouert vum Yu Jihong vun der Jilin University e stabile N97 Nanofiber Otemschwieregkeeten entwéckelt op Basis vu chemesch modifizéierten Flächen fir bedeitend Filtratiounseigenschaften duerch polar-driven Interaktiounen z'erreechen. Et gëtt erreecht duerch Beschichtung vun der Polyacrylonitril Nanofaser Membran (TFPNM) bei 0.42 PA-1 (Filtratiounseffizienz: iwwer 97%; Drockfall: ongeféier. 10 Pa) bitt allgemeng haltbar Filtratiounsleistung. Coxsackie B4 Virusfiltratiounstest huet gewisen datt TFPNM och staark Virusfangkapazitéit huet. Am Verglach mam N95 FFR ass TFPNM méi resistent géint eng méi breet Palette vun Desinfektiounsregimen (Virustyp: Coxsackie B4 Virus (CV-B4) an e Mikro RNA Virus), an allgemeng Filtratiounseigenschaften bleiwen N97 Standard. Zesummenhang Aarbecht ass mam Titel "Polaritéit-Dominéiert Stabil N97 Otemschwieregkeeten fir Airborne Virus Capture baséiert op nanonanoous Membranen" gouf an Angewandte Chemie publizéiert, engem Top international Journal.

Uewerfläch Polaritéit a Stabilitéit vun TFPNMs

Dënn Film (TF) Beschichtete Elektrospun Polyacrylonitril (PAN) Nanofiber Membranen (TFPNMs) ginn duerch Elektrospinning Technologie hiergestallt a funktionaliséiert duerch Interface Polymeriséierungsprozesser fir hellgiel Stoffer mat variabelen Endgruppen ze produzéieren. Am Verglach mat PP hunn TFPNMs eng méi staark Uewerflächpolaritéit, déi duerch verschidde Beschichtungen geännert ka ginn. Fir d'Stabilitéit vum TFPNM weider ze evaluéieren, huet d'Team d'Fasermembranen getest andeems se héich Temperaturen (> 80 ° C), enger Dampsatmosphär (héich Fiichtegkeet > 100 ° C), 75% Alkohol, chloréiert Desinfektiounswaasser an Ultraviolet ausgesat hunn. (UV) Liicht. TFPNM gouf fonnt datt kee bedeitende Schued a Gewiichtsverloscht huet, wat keng Ännerung vun der Fasergeometrie beweist. Am Verglach mam initialen TFPNM bleift d'Uewerflächpolaritéit vum postbehandelten TFPNM onverännert. Stabil Uewerflächepolaritéit erméiglecht stabil polar Interaktiounen tëscht der Membran a PMs / Aerosolen, wat TFPNMs e grousst Potenzial gëtt fir weiderbenotzt a ville haarde Konditiounen.

Figur 1 Morphologie a Stabilitéit vun TFPNMs

TFPNM Loftfiltratiounseffizienz

D'Fuerscher hunn als éischt d'Fähigkeit vun TFPNMs iwwerpréift fir Partikel vu verschiddene Gréissten (PMs) z'erfaassen fir seng Loftfiltratiounsleistung ënner geféierleche Loftqualitéitsbedéngungen ze simuléieren (Figur 2). Verbrenne Räucherstäerkt (mat verschiddene Verschmotzung wéi PM, CO, CO2, NO2, etc.) gëtt am Labo benotzt fir Niveaue vu schiedlechen Partikelen ze presentéieren. Déi optimal Basisgewiichtkontrolle fir all TFPNM ass 10 g/m2. Déi fënnef TFPNMs mat verschiddene Uewerflächpolaritéiten weisen grouss Differenzen an der Filtratiounseffizienz. D'Resultater vun der Filtratiounseffizienz fir PM0.3 vun der niddregster Uewerflächpolaritéit op déi héchste Fasermembran gounge vun 50.00% bis 97.45%. Ënner hinnen hunn TFPNMs mat Cyanid- a Carboxylgruppen eng ganz héich Filtratiounseffizienz gewisen, iwwer 97%. Fir d'laangfristeg Effizienz vun TFPNM z'ënnersichen, gouf de Massestatus vun TFPNM mat der selwechter terminaler Grupp wéi PAN Molekül getest nodeems se fir 10h an geféierlech Loft gesat ginn. D'Resultater weisen datt d'Filtratiounseffizienz vun der PAN Nanofiber Membran (PNM) vun 97.10% op 94.57% fir PM0.3 erofgaang ass a vun 99.67% op 99.42% fir PM2.5 no 10 Stonnen. Allerdéngs blouf d'Filter Charakteristiken vun CTFPNM stabil, iwwerschratt 97.00% an 99.90% fir PM0.3 an PM2.5 bannent 10 Stonnen, respektiv.

FIG. 2 PMs erfaassen d'Leeschtung vun TFPNMs mat verschiddene Uewerflächpolaritéiten

Verglach vun Loft filtration Leeschtung tëscht TFPNM an N95 FFR

Zwee TFPNM mat héijer Uewerflächepolaritéit (CTFPNM an CTFPNM) goufen agefouert fir hir Filtratiounseigenschaften op NaCl Aerosole mat N95 FFR (Dorënner 3) ze vergläichen. D'Filtratiounseffizienz vu CTFPNM an CTFPNM erreecht souwuel den N97 Niveau a blouf stabil während de kontinuéierleche 24 Stonnen Filtratioun. Am Géigesaz, weist den N95 FFR, deen haaptsächlech aus gelueden PP Schmelzgeblowen nonwovens besteet, offensichtlech Onstabilitéit während der Filtratioun. D'Filtereffizienz vun TFPNM gouf weider duerch elektrostatesch Effekt studéiert. Fir gelueden cTFPNM an cTFPNM ass hir Filtratiounseffizienz liicht op N98 verbessert. Wéi och ëmmer, d'Filtratiounseffizienz vun dësen geluedenen Otemschutzmembranen ass schlussendlech op d'Klass N97 no 24 Stonnen erofgaang wéinst der Dämpfung vun der Uewerfläch statesch Ladung (vun 0.15 kV bis 0.02 ± 0.03 kV). Den Auteur studéiert weider d'Ënnerscheeder an de Loftfiltratiounseigenschaften tëscht TFPNM an N95 FFRS aus verschiddene Länner. Et gouf festgestallt datt d'Filtratiounseffizienz vun alle Proben op manner wéi 95% erofgaang ass no 24 Stonnen kontinuéierlecher Filtratioun. Ënnert déiselwecht experimentell Bedéngungen war d'Filtratiounseffizienz vun N95 FFR manner wéi déi vun cTFPNM no 24 Stonnen.

Figur 3 Filtercharakteristike vun TFPNMs a Filterschichten vu verschidde Marken VUN N95 FFRs

TFPNMs Filtereffizienz fir Virussen a verschidde Desinfektiounsbehandlungen

CTFPNM gouf am Coxsackie B4 Virus (CV-B4) an engem Mikro RNA Virus Aerosol (27-30 nm) plazéiert fir seng Filtratiounseffizienz ze evaluéieren. An den N95 FFR (MEO Mark) Virusfiltertest. D'Resultater weisen datt cTFPNM d'N97 Filtratiounseffizienz no 24 Stonnen behalen huet, während d'MEO N95 FFR Filtratiounseffizienz ënner 95% no 24 Stonnen gefall ass. Fir d'Wiederverwendbarkeet vun TFPNMs ze studéieren, goufen fënnef Behandlungsmethoden fir cTFPNMs duerchgefouert: Wärmebehandlung bei 80 ℃; Damp (Hëtzt Basis Protein Denaturatioun bei 100 ℃); 75% Alkohol (Protein denaturéiert); Haushalt Chlor-baséiert Léisung (Zell Degeneratioun, chemesche Schued); Ultraviolet germicidal Bestrahlung (DNA / RNA Zerstéierung, UVC 254 nm). Nom éischten Behandlungszyklus bleiwen all Filtratiounseffizienz vun cTFPNMs onverännert um LEVEL vun N97 an den Drockfall bleift tëscht 9 an 10 Pa. Am Géigesaz huet d'N95 FFR verschidde Filtratiounsleeschtungen no verschiddene Behandlungen nom éischten Zyklus gewisen. Heizung an ultraviolet germicidal Bestrahlung (UVGI) behalen d'Filtratiounseigenschaften vun de meeschte N95 FFRS. Wéi och ëmmer, d'Filtratiounseffizienz vu Proben baséiert op Léisungsbehandlung fällt staark op 50% ~ 80%.

FIG. 4 Virusfilterleistung op cTFPNM

Notiz: (a) (b) ass cTFPNM, (c) (d) ass Effizienz an Drockfall vun der Meo Mark N95 FFR

FIG. 5 Evolutioun vum FFR an entspriechend Gesamtfiltratiounsleeschtung no fënnef verschiddenen Desinfektiounsbehandlungen

Voll Textlink: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202108951