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Die N97-Polyacrylnitril-Nanofasermaske zeigt eine starke Fähigkeit zum Einfangen von Viren

Zeit:2021-10-11 Treffer:

In 2019, die neuartige Coronavirus-Krankheit (COVID-19) ausgebrochen und schnell auf der ganzen Welt verbreitet. Der Durchmesser des derzeit entdeckten COVID-19-Virus beträgt 60-140 nm, und die Hauptübertragungswege sind die direkte Übertragung, Aerosolübertragung und Kontaktübertragung. Infolge, die Nachfrage nach N95-Klasse-Masken (N95 FFR) hat dramatisch zugenommen. Masken der Klasse N95 bestehen hauptsächlich aus Polypropylen (PP) schmelzgeblasene Vliese. Um die Filtrationseffizienz zu verbessern und einen relativ niedrigen Widerstand beizubehalten, PP-Fasern werden Koronaentladungsverfahren unterzogen, um durch statische Aufladung eine starke Partikelhaftung am N95-FFR zu gewährleisten. Jedoch, Ladung kann während des Gebrauchs verloren gehen, was zu einer Abnahme der Filtereffizienz führt. Außerdem, Die Wiederverwendung des N95 FFR ist aufgrund von Faktoren wie Hygiene eingeschränkt, Beschädigung, erhöhter Atemwiderstand und reduzierte Filtrationseffizienz. Angesichts dessen, ein Team unter der Leitung von Yu Jihong von der Jilin University entwickelte ein stabiles N97-Nanofaser-Atemschutzgerät auf Basis chemisch modifizierter Oberflächen, um durch polare Wechselwirkungen signifikante Filtrationseigenschaften zu erreichen. Dies wird durch die Beschichtung einer Polyacrylnitril-Nanofasermembran erreicht (TFPNM) bei 0.42 PA-1 (Filtrationseffizienz: Über 97%; Druckverlust: ca. 10 Pa) bietet insgesamt dauerhafte Filterleistung. Der Coxsackie B4-Virusfiltrationstest hat gezeigt, dass TFPNM auch eine starke Fähigkeit zum Einfangen von Viren besitzt. Verglichen mit N95 FFR, TFPNM ist widerstandsfähiger gegen eine breitere Palette von Desinfektionsschemata (Virustyp: Coxsackie-B4-Virus (CV-B4) und ein Mikro-RNA-Virus), und allgemeine Filtereigenschaften bleiben N97-Standard. Verwandte Arbeiten sind berechtigt "Polarität- Dominierte stabile N97-Atemschutzmasken für die Abscheidung von Viren in der Luft auf Basis von Nanonano-Membranen "wurde in der Angewandten Chemie veröffentlicht, ein internationales Top-Journal.

Oberflächenpolarität und Stabilität von TFPNMs
Dünner Film (TF) beschichtetes elektrogesponnenes Polyacrylnitril (PFANNE) Nanofasermembranen (TFPNMs) werden durch Elektrospinntechnologie hergestellt und durch Grenzflächenpolymerisationsverfahren funktionalisiert, um hellgelbe Stoffe mit variablen Endgruppen herzustellen. Im Vergleich zu PP, TFPNMs haben eine stärkere Oberflächenpolarität, die durch unterschiedliche Beschichtungen verändert werden können. Um die Stabilität des TFPNM . weiter zu bewerten, das Team testete die Fasermembranen, indem es sie hohen Temperaturen aussetzte (> 80 °C), eine Dampfatmosphäre (hohe Luftfeuchtigkeit >C 100 °C), 75% Alkohol, gechlortes Desinfektionswasser, und ultraviolett (UV) hell. Es wurde festgestellt, dass TFPNM keine signifikanten Schäden und keinen Gewichtsverlust aufweist, zeigt keine Änderung der Fasergeometrie an. Verglichen mit dem ursprünglichen TFPNM, die Oberflächenpolarität des nachbehandelten TFPNM bleibt unverändert. Stabile Oberflächenpolarität ermöglicht stabile polare Wechselwirkungen zwischen Membran und PMs/Aerosolen, bietet TFPNMs ein großes Potenzial für die Wiederverwendung unter einer Vielzahl von rauen Bedingungen.



Zahl 1 Morphologie und Stabilität von TFPNMs


TFPNM-Luftfiltereffizienz
Die Forscher untersuchten zunächst die Fähigkeit von TFPNMs, Partikel unterschiedlicher Größe einzufangen (PNs) um seine Luftfilterleistung unter gefährlichen Luftqualitätsbedingungen zu simulieren (Zahl 2). Räucherstäbchen verbrennen (mit verschiedenen Schadstoffen wie PM, CO, CO2, NO2, usw.) wird im Labor verwendet, um schädliche Feinstaubwerte darzustellen. Die optimale Grundgewichtskontrolle für alle TFPNM ist 10 g/m2. Die fünf TFPNMs mit unterschiedlichen Oberflächenpolaritäten zeigen große Unterschiede in der Filtrationseffizienz. Die Ergebnisse der Filtrationseffizienz für PM0,3 von der niedrigsten Oberflächenpolarität bis zur höchsten Fasermembran reichten von 50.00% to 97.45%. Unter ihnen, TFPNMs mit Cyanid- und Carboxylgruppen zeigten eine sehr hohe Filtrationseffizienz, exceeding 97%. Um die langfristige Wirksamkeit von TFPNM . zu untersuchen, der Massenstatus von TFPNM mit derselben Endgruppe wie das PAN-Molekül wurde getestet, nachdem es 10 Stunden lang in gefährlicher Luft verbracht wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass die Filtrationseffizienz der PAN-Nanofasermembran (PNM) abgenommenAnon 97.10% to 94.57% für PM0.3 und ab 99.67% to 99.42% für PM2,5 nach 10 hours. Jedoch, die Filtereigensübersteigenon CTFPNM blieben stabil, exceeding 97.00% Und 99.90% für PM0.3 und PM2.5 innerhalb 10 houStundenzw.



FEIGE. 2 PMs erfassen die Leistung von TFPNMs mit unterschiedlichen Oberflächenpolaritäten


Vergleich der Luftfilterleistung zwischen TFPNM und N95 FFR
Zwei TFPNM mit hoher Oberflächenpolarität (CTFPNM und CTFPNM) wurden eingeführt, um ihre Filtrationseigenschaften auf NaCl-Aerosolen mit N95 FFR . zu vergleichen (Zahl 3). Die Filtrationseffizienz von CTFPNM und CTFPNM erreichte beide das Niveau von N97 und blieb während des kontinuierlichen 24 Stunden Filtration. Im Gegensatz dazu, die N95 FFR, die hauptsächlich aus aufgeladenen PP-Meltblown-Vliesen besteht, zeigt deutliche Instabilität während der Filtration. Die Filtereffizienz von TFPNM wurde durch den elektrostatischen Effekt weiter untersucht. Für geladene cTFPNM und cTFPNM, ihre Filtrationseffizienz ist leicht auf N98 . verbessert. Jedoch, die Filtrationseffizienz dieser geladenen Atemschutzmembranen sank schließlich auf die Klasse N97 nach 24 Stunden aufgrund der Abschwächung der statischen Oberflächenladung (von 0.15 kV bis 0,02±0.03 kV). Der Autor untersucht weiter die Unterschiede in den Luftfiltereigenschaften zwischen TFPNM und N95 FFRS aus verschiedenen Ländern. Es wurde festgestellt, dass die Filtrationseffizienz aller Proben auf weniger als gesunken ist 95% nach 24 Stunden kontinuierliche Filtration. Unter den gleichen experimentellen Bedingungen, die Filtrationseffizienz von N95 FFR war niedriger als die von cTFPNM nach 24 Stunden.



Zahl 3 Filtereigenschaften von TFPNMs und Filterschichten mehrerer Marken von N95 FFRs


TFPNMs Filtereffizienz für Viren und verschiedene Desinfektionsbehandlungen
CTFPNM wurde in Coxsackie-B4-Virus platziert (CV-B4) und ein Mikro-RNA-Virus-Aerosol (27-30 nm) um seine Filtrationseffizienz zu bewerten. Und der N95 FFR (MEO-Marke) Virenfiltertest. Die Ergebnisse zeigten, dass cTFPNM die N97-Filtrationseffizienz beibehielt, nachdem 24 hours, während die MEO N95 FFR-Filtrationseffizienz unter fiel 95% nach 2Stundenrs. Um die Wiederverwendbarkeit von TFPNMs zu untersuchen, fünf Behandlungsmethoden wurden für cTFPNMs durchgeführt: Wärmebehandlung bei 80 ℃; Dampf (Hitzebasisproteindenaturierung bei 100℃); 75% Alkohol (Protein denaturiert); Haushaltslösung auf Chlorbasis (Zelldegeneration, chemischer Schaden); Ultraviolette keimtötende nmstrahlung (DNA/RNA-Zerstörung, UVC 254 nm). Nach dem ersten Behandlungszyklus, alle Filtrationseffizienzen von cTFPNMs bleiben unverändert auf dem LEVEL von N97 und der Druckabfall bleibt zwischen 9 Und 10 Pa. Im Gegensatz dazu, der N95 FFR zeigte nach verschiedenen Behandlungen nach dem ersten Zyklus eine unterschiedliche Filtrationsleistung. Erwärmung und ultraviolette keimtötende Bestrahlung (UVGI) behalten die Filtrationseigenschaften der meisten N95 FFRS . bei. Jedoch, die Filtrationseffizienz von Proben aufgrund der Lösungsbehandlung sinkt stark auf 50% ~ 80%.



FEIGE. 4 Virenfilterleistung auf cTFPNM


Notiz :(Eine) (B) ist cTFPNM, (C) (D) ist Effizienz und Druckverlust der meo Marke N95 FFR



FEIGE. 5 Entwicklung des FFR und der entsprechenden Gesamtfiltrationsleistung nach fünf verschiedenen Desinfektionsbehandlungen

Volltext-Links: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202108951


(Quelle: Frontiers in Polymer Science)