Филтърната мембрана прави вирусите безвредни

От Питър Рюг

Изследователи от ETH Zurich разработват нова филтърна мембрана, която е с висока ефективност при филтриране и инактивиране на голямо разнообразие от въздух-носи и вода-пренасяни вируси. Изработена от екологично здрави материали, мембраната има подходящо добра средаотпечатък от ронамента.

Вирусите могат да се разпространяват не само чрез капчици или аерозоли като новия коронавирус, но и във вода. Всъщност някои потенциално опасни патогени на стомашно-чревни заболявания са вируси, пренасяни от водата.

Към днешна дата такива вируси са отстранени от водата чрез нанофилтрация или обратна осмоза, но с висока цена и силно въздействие върху околната среда. Например, нанофилтрите за вируси са направени от петролни суровини, докато обратната осмоза изисква относително голямо количество енергия.

Разработена е екологична мембрана
Сега международен екип от изследователи, ръководен от Рафаеле Меценга, професор по Food& Soft Materials в ETH Zurich, разработи нова мембрана за воден филтър, която е едновременно високоефективна и екологична. За производството му изследователите са използвали естествени суровини.

Филтърната мембрана работи на същия принцип, който Mezzenga и неговите колеги са разработили за отстраняване на тежки или благородни метали от водата. Те създават мембраната, използвайки денатурирани суроватъчни протеини, които се събират на дребни нишки, наречени амилоидни фибрили. В този случай изследователите са комбинирали това фибрилно скеле с наночастици от железен хидроксид (Fe-O-HO).

Производството на мембраната е относително просто. За да се получат фибрилите, суроватъчните протеини, получени при преработката на мляко, се добавят към киселина и се загряват до 90 градуса по Целзий. Това кара протеините да се разширяват и прикрепват един към друг, образувайки фибрили. Наночастиците могат да бъдат произведени в същия реакционен съд като фибрилите: изследователите повишават рН и добавят желязна сол, което кара сместа да се „разпада“ в наночастици от железен хидроксид, които се прикрепят към амилоидните фибрили. За това приложение Mezzenga и колегите му използваха целулоза, за да поддържат мембраната.

Тази комбинация от амилоидни фибрили и наночастици от железен хидроксид прави мембраната високоефективен и ефикасен капан за различни вируси, присъстващи във водата. Положително зареденият железен оксид електростатично привлича отрицателно заредените вируси и ги инактивира. Амилоидните фибрили сами по себе си не биха могли да направят това, тъй като подобно на вирусните частици, те също се зареждат отрицателно при неутрално рН. Фибрилите обаче са идеалната матрица за наночастиците от железен оксид.

Различни вируси се елиминират изключително ефективно
Мембраната елиминира широк спектър от водоносими вируси, включително аденовируси без реверсив, ретровируси и ентеровируси. Тази трета група може да причини опасни стомашно-чревни инфекции, които убиват около половин милион души - често малки деца в развиващите се и нововъзникващите страни - всяка година. Ентеровирусите са изключително жилави и устойчиви на киселини и остават във водата за много дълго време, така че филтърната мембрана трябва да бъде особено привлекателна за по-бедните страни като начин за предотвратяване на подобни инфекции.

Освен това мембраната също така елиминира вирусите на грип H1N1 и дори новия SARS-CoV-2 от водата с голяма ефективност. Във филтрирани проби концентрацията на двата вируса е била под границата на откриване, което е еквивалентно на почти пълно елиминиране на тези патогени.

GG quot; Наясно сме, че новият коронавирус се предава предимно чрез капчици и аерозоли, но всъщност, дори в този мащаб, вирусът трябва да бъде заобиколен от вода. Фактът, че можем да го премахнем много ефективно от водата, впечатляващо подчертава широката приложимост на нашата мембрана," казва Меценга.

Докато мембраната е предназначена предимно за използване в пречиствателни станции за отпадъчни води или за пречистване на питейна вода, тя може да се използва и в системи за филтриране на въздуха или дори в маски. Тъй като се състои изключително от екологично чисти материали, той може просто да се компостира след употреба - а производството му изисква минимална енергия. Тези черти му дават отличен отпечатък върху околната среда, както изследователите също посочват в своето проучване. Тъй като филтрацията е пасивна, тя не изисква допълнителна енергия, което прави нейното действие въглеродно неутрално и е възможно да се използва във всеки социален контекст, от градски до селски общности.

В допълнение към лабораторията на Mezzenga, в работата бяха включени учени от няколко швейцарски университета, включително специалисти по вируси от университетите в Цюрих, Лозана и Женева, EPFL, Университета в Каляри и ETH spin-off BluAct, който притежава патента за това нова технология.

Източник: Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zurich)