Ερευνητές στο ETH Zurich αναπτύσσουν μια νέα μεμβράνη φίλτρου που είναι εξαιρετικά αποτελεσματική στο φιλτράρισμα και την απενεργοποίηση μιας μεγάλης ποικιλίας ιών που μεταδίδονται στον αέρα και στο νερό. Κατασκευασμένη από οικολογικά υγιή υλικά, η μεμβράνη έχει ένα κατάλληλο περιβαλλοντικό αποτύπωμα.
Οι ιοί μπορούν να εξαπλωθούν όχι μόνο μέσω σταγονιδίων ή αερολυμάτων όπως ο νέος κορονοϊός, αλλά και στο νερό. Στην πραγματικότητα, ορισμένα δυνητικά επικίνδυνα παθογόνα των γαστρεντερικών ασθενειών είναι ιοί που μεταδίδονται στο νερό.
Μέχρι σήμερα, τέτοιοι ιοί έχουν αφαιρεθεί από το νερό χρησιμοποιώντας νανοδιήθηση ή αντίστροφη όσμωση, αλλά με υψηλό κόστος και σοβαρές επιπτώσεις στο περιβάλλον. Για παράδειγμα, τα νανοφίλτρα για ιούς κατασκευάζονται από πρώτες ύλες με βάση το πετρέλαιο, ενώ η αντίστροφη όσμωση απαιτεί σχετικά μεγάλη ποσότητα ενέργειας.
αναπτύχθηκε φιλική προς το περιβάλλον μεμβράνη
Τώρα μια διεθνής ομάδα ερευνητών με επικεφαλής τον Raffaele Mezzenga, Καθηγητή Τροφίμων & Μαλακών Υλικών στο ETH Zurich, ανέπτυξε μια νέα μεμβράνη φίλτρου νερού που είναι ταυτόχρονα εξαιρετικά αποτελεσματική και φιλική προς το περιβάλλον. Για την κατασκευή του, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν φυσικές πρώτες ύλες.
Η μεμβράνη φίλτρου λειτουργεί με την ίδια αρχή που ανέπτυξαν ο Mezzenga και οι συνεργάτες του για την αφαίρεση βαρέων ή πολύτιμων μετάλλων από το νερό. Δημιουργούν τη μεμβράνη χρησιμοποιώντας μετουσιωμένες πρωτεΐνες ορού γάλακτος που συναρμολογούνται σε μικροσκοπικά νημάτια που ονομάζονται ινίδια αμυλοειδούς. Σε αυτήν την περίπτωση, οι ερευνητές συνδύασαν αυτό το ικρίωμα με ινίδια με νανοσωματίδια υδροξειδίου του σιδήρου (Fe-O-HO).
Η κατασκευή της μεμβράνης είναι σχετικά απλή. Για την παραγωγή των ινιδίων, πρωτεΐνες ορού γάλακτος που προέρχονται από την επεξεργασία του γάλακτος προστίθενται σε οξύ και θερμαίνονται στους 90 βαθμούς Κελσίου. Αυτό προκαλεί τις πρωτεΐνες να επεκταθούν και να προσκολληθούν μεταξύ τους, σχηματίζοντας ινίδια. Τα νανοσωματίδια μπορούν να παραχθούν στο ίδιο δοχείο αντίδρασης με τα ινίδια: οι ερευνητές αυξάνουν το pH και προσθέτουν αλάτι σιδήρου, προκαλώντας το μείγμα να «αποσυντεθεί» σε νανοσωματίδια υδροξειδίου του σιδήρου, τα οποία προσκολλώνται στα ινίδια αμυλοειδούς. Για αυτήν την εφαρμογή, ο Mezzenga και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν κυτταρίνη για να υποστηρίξουν τη μεμβράνη.
Αυτός ο συνδυασμός ινιδίων αμυλοειδούς και νανοσωματιδίων υδροξειδίου του σιδήρου καθιστά τη μεμβράνη μια εξαιρετικά αποτελεσματική και αποδοτική παγίδα για διάφορους ιούς που υπάρχουν στο νερό. Το θετικά φορτισμένο οξείδιο του σιδήρου έλκει ηλεκτροστατικά τους αρνητικά φορτισμένους ιούς και τους αδρανοποιεί. Τα ινίδια αμυλοειδούς από μόνα τους δεν θα μπορούσαν να το κάνουν αυτό γιατί, όπως τα ιικά σωματίδια, είναι επίσης αρνητικά φορτισμένα σε ουδέτερο pH. Ωστόσο, τα ινίδια είναι η ιδανική μήτρα για τα νανοσωματίδια οξειδίου του σιδήρου.
Διάφοροι ιοί εξαλείφονται εξαιρετικά αποτελεσματικά
Η μεμβράνη εξαλείφει ένα ευρύ φάσμα ιών που μεταδίδονται στο νερό, συμπεριλαμβανομένων των αδενοϊών χωρίς περίβλημα, των ρετροϊών και των εντεροϊών. Αυτή η τρίτη ομάδα μπορεί να προκαλέσει επικίνδυνες γαστρεντερικές λοιμώξεις, οι οποίες σκοτώνουν περίπου μισό εκατομμύριο ανθρώπους -συχνά μικρά παιδιά σε αναπτυσσόμενες και αναδυόμενες χώρες- κάθε χρόνο. Οι εντεροϊοί είναι εξαιρετικά σκληροί και ανθεκτικοί στα οξέα και παραμένουν στο νερό για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα, επομένως η μεμβράνη του φίλτρου θα πρέπει να είναι ιδιαίτερα ελκυστική για τις φτωχότερες χώρες ως τρόπος να βοηθήσει στην πρόληψη τέτοιων λοιμώξεων.
Επιπλέον, η μεμβράνη εξαλείφει επίσης τους ιούς της γρίπης H1N1, ακόμη και τον νέο ιό SARS-CoV-2 από το νερό με μεγάλη αποτελεσματικότητα. Σε φιλτραρισμένα δείγματα, η συγκέντρωση των δύο ιών ήταν κάτω από το όριο ανίχνευσης, που ισοδυναμεί με σχεδόν πλήρη εξάλειψη αυτών των παθογόνων.
"Γνωρίζουμε ότι ο νέος κορωνοϊός μεταδίδεται κυρίως μέσω σταγονιδίων και αερολυμάτων, αλλά στην πραγματικότητα, ακόμη και σε αυτήν την κλίμακα, ο ιός απαιτεί να περιβάλλεται από νερό. Το γεγονός ότι μπορούμε να τον αφαιρέσουμε πολύ αποτελεσματικά από το νερό εντυπωσιακά υπογραμμίζει την ευρεία δυνατότητα εφαρμογής της μεμβράνης μας», λέει ο Mezzenga.
Ενώ η μεμβράνη έχει σχεδιαστεί κυρίως για χρήση σε εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων ή για επεξεργασία πόσιμου νερού, θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί σε συστήματα φιλτραρίσματος αέρα ή ακόμα και σε μάσκες. Δεδομένου ότι αποτελείται αποκλειστικά από οικολογικά υγιή υλικά, θα μπορούσε απλώς να κομποστοποιηθεί μετά τη χρήση - και η παραγωγή του απαιτεί ελάχιστη ενέργεια. Αυτά τα χαρακτηριστικά του δίνουν εξαιρετικό περιβαλλοντικό αποτύπωμα, όπως επισημαίνουν και οι ερευνητές στη μελέτη τους. Επειδή το φιλτράρισμα είναι παθητικό, δεν απαιτεί πρόσθετη ενέργεια, γεγονός που καθιστά τη λειτουργία του ουδέτερη από άνθρακα και πιθανή χρήση σε οποιοδήποτε κοινωνικό πλαίσιο, από αστικές έως αγροτικές κοινότητες.
Εκτός από το εργαστήριο του Mezzenga, στην εργασία συμμετείχαν επιστήμονες από πολλά ελβετικά πανεπιστήμια, συμπεριλαμβανομένων ειδικών σε ιούς από τα Πανεπιστήμια της Ζυρίχης, της Λωζάνης και της Γενεύης, το EPFL, το Πανεπιστήμιο του Κάλιαρι και το spin-off ETH BluAct, το οποίο κατέχει το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας αυτής της νέας τεχνολογίας.
