As máscaras se tornaram uma ferramenta importante na luta contra a pandemia COVID-19. Contudo, o uso ou descarte indevido de máscaras pode levar à "transmissão secundária". Uma equipe de pesquisa da City University of Hong Kong (CityU) produziu com sucesso máscaras de grafeno com uma eficiência antibacteriana de 80%, que pode ser aumentada para quase 100% com exposição à luz solar por cerca de 10 minutos. Os testes iniciais também mostraram resultados muito promissores na desativação de duas espécies de coronavírus. As máscaras de grafeno são facilmente produzidas a baixo custo, e pode ajudar a resolver os problemas de obtenção de matérias-primas e descarte de máscaras não biodegradáveis.

A pesquisa é conduzida pelo Dr. Ye Ruquan, Professor Assistente do Departamento de Química da CityU, em colaboração com outros pesquisadores. Os resultados foram publicados na revista científica ACS Nano , intitulado " Auto-relato e morte bacteriana rápida melhorada fototermicamente em uma máscara de grafeno induzida por laser "

As máscaras cirúrgicas comumente usadas não são antibacterianas. Isso pode levar ao risco de transmissão secundária de infecção bacteriana quando as pessoas tocam nas superfícies contaminadas das máscaras usadas ou as descartam indevidamente. Além disso, os tecidos derretidos usados ​​como filtro bacteriano causam impacto no meio ambiente, pois são difíceis de decompor. Portanto, os cientistas têm procurado materiais alternativos para fazer máscaras.

Conversão de outros materiais em grafeno por laser

Dr. Ye tem estudado o uso de grafeno induzido por laser no desenvolvimento de energia sustentável. Quando ele estava estudando Ph.D. grau na Rice University há vários anos, a equipe de pesquisa da qual ele participou e liderada por seu supervisor descobriu uma maneira fácil de produzir grafeno. Eles descobriram que a escrita direta em filmes de poliimida contendo carbono (um material plástico polimérico com alta estabilidade térmica) usando um CO comercial ₂ o sistema de laser infravermelho pode gerar grafeno poroso 3-D. O laser altera a estrutura da matéria-prima e, portanto, gera grafeno. É por isso que é chamado de grafeno induzido por laser.

O grafeno é conhecido por suas propriedades antibacterianas, então, já em setembro passado, antes do surto de COVID-19, produzir máscaras de alto desempenho com grafeno induzido por laser já passava pela cabeça do Dr. Ye. Ele então deu o pontapé inicial no estudo em colaboração com pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong (HKUST), Universidade Nankai, e outras organizações.

Excelente eficiência antibacteriana

A equipe de pesquisa testou seu grafeno induzido por laser com E. coli, e alcançou alta eficiência antibacteriana de cerca de 82%. Em comparação, a eficiência antibacteriana da fibra de carbono ativado e tecidos derretidos, ambos os materiais comumente usados ​​em máscaras, eram apenas 2% e 9%, respectivamente. Os resultados do experimento também mostraram que mais de 90% da E. coli depositada neles permaneceu viva mesmo após 8 horas, enquanto a maior parte da E. coli depositada na superfície do grafeno estava morta após 8 horas. Além disso, o grafeno induzido por laser mostrou uma capacidade antibacteriana superior para bactérias aerossolizadas.

Dr. Ye disse que mais pesquisas sobre o mecanismo exato da propriedade de matar bactérias do grafeno são necessárias. Mas ele acreditava que poderia estar relacionado ao dano das membranas celulares bacterianas pela ponta afiada do grafeno. E as bactérias podem ser mortas pela desidratação induzida pela propriedade hidrofóbica (repelente de água) do grafeno.

Estudos anteriores sugeriram que COVID-19 perderia sua infectividade em altas temperaturas. Assim, a equipe realizou experimentos para testar se o efeito fototérmico do grafeno (que produz calor após absorver luz) pode potencializar o efeito antibacteriano. Os resultados mostraram que a eficiência antibacteriana do material de grafeno pode ser melhorada para 99,998% em 10 minutos sob a luz solar, enquanto a fibra de carbono ativado e os tecidos fundidos por sopro mostraram apenas uma eficiência de 67% e 85%, respectivamente.

A equipe está atualmente trabalhando com laboratórios na China continental para testar o material de grafeno com duas espécies de coronavírus humanos. Os testes iniciais mostraram que ele inativou mais de 90% do vírus em cinco minutos e quase 100% em 10 minutos sob a luz solar. A equipe planeja realizar testes com o vírus COVID-19 posteriormente.

A próxima etapa é aumentar ainda mais a eficiência do antivírus e desenvolver uma estratégia reutilizável para a máscara. Eles esperam lançá-la no mercado logo após projetar uma estrutura ideal para a máscara e obter as certificações.

Dr. Ye descreveu a produção de grafeno induzido por laser como uma "técnica verde". Todos os materiais que contêm carbono, como celulose ou papel, pode ser convertido em grafeno usando esta técnica. E a conversão pode ser realizada em condições ambientais, sem o uso de produtos químicos além das matérias-primas, nem causando poluição. E o consumo de energia é baixo.

"As máscaras de grafeno induzidas por laser são reutilizáveis. Se biomateriais forem usados ​​para a produção de grafeno, pode ajudar a resolver o problema de obtenção de matéria-prima para máscaras. E pode diminuir o impacto ambiental causado pelas máscaras descartáveis ​​não biodegradáveis, " ele adicionou.

Dr. Ye apontou que a produção de grafeno induzido por laser é fácil. Em apenas um minuto e meio, uma área de 100 cm² pode ser convertida em grafeno como camada externa ou interna da máscara. Dependendo da matéria-prima para a produção do grafeno, espera-se que o preço da máscara de grafeno induzida por laser fique entre o da máscara cirúrgica e a máscara N95. Ele acrescentou que, ajustando a potência do laser, o tamanho dos poros do material de grafeno pode ser modificado de modo que a respirabilidade seja semelhante às máscaras cirúrgicas.

Uma nova maneira de verificar a condição da máscara

Para facilitar aos usuários a verificação se as máscaras de grafeno ainda estão em boas condições após serem usadas por um período de tempo, a equipe fabricou um gerador higroelétrico. Ele é alimentado por eletricidade gerada a partir da umidade da respiração humana. Ao medir a mudança na tensão induzida por umidade quando o usuário respira através de uma máscara de grafeno, fornece um indicador da condição da máscara. Os resultados do experimento mostraram que quanto mais bactérias e partículas atmosféricas se acumulavam na superfície da máscara, quanto menor a tensão resultante. “O padrão de com que frequência uma máscara deve ser trocada é melhor ser decidido pelos profissionais. este método que usamos pode servir como uma referência, "sugeriu o Dr. Ye.