เมมเบรนตัวกรองทําให้ไวรัสไม่เป็นอันตราย

โดย Peter Rüegg

นักวิจัยที่ ETH Zurich กําลังพัฒนาเมมเบรนตัวกรองใหม่ที่มีประสิทธิภาพสูงในการกรองและเปิดใช้งานอากาศที่หลากหลายเป็นพาหะและน้ํา-ไวรัสบอร์น ทําจากวัสดุเสียงทางนิเวศวิทยาเมมเบรนมีสภาพแวดล้อมที่ดีอย่างเหมาะสมรอยเท้า ronmental

ไวรัสสามารถแพร่กระจายไม่เพียง แต่ผ่านหยดหรือละอองลอยเช่น coronavirus ใหม่ แต่ในน้ําด้วย ในความเป็นจริงเชื้อโรคที่อาจเป็นอันตรายของโรคระบบทางเดินอาหารคือไวรัสที่เกิดจากน้ํา

จนถึงปัจจุบันไวรัสดังกล่าวถูกลบออกจากน้ําโดยใช้นาโนการกรองหรือออสโมซิสย้อนกลับ แต่มีค่าใช้จ่ายสูงและส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมอย่างรุนแรง ตัวอย่างเช่น nanofilters สําหรับไวรัสทําจากวัตถุดิบที่ใช้ปิโตรเลียมในขณะที่ออสโมซิสย้อนกลับต้องการพลังงานค่อนข้างมาก

เมมเบรนที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมได้รับการพัฒนา
ตอนนี้ทีมนักวิจัยนานาชาตินําโดย Raffaele Mezzenga ศาสตราจารย์ด้านอาหารและวัสดุอ่อนที่ ETH Zurich ได้พัฒนาเมมเบรนกรองน้ําใหม่ที่มีประสิทธิภาพสูงและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม เพื่อผลิตนักวิจัยใช้วัตถุดิบธรรมชาติ

เมมเบรนตัวกรองทํางานบนหลักการเดียวกับที่ Mezzenga และเพื่อนร่วมงานของเขาพัฒนาขึ้นเพื่อขจัดโลหะหนักหรือโลหะมีค่าออกจากน้ํา พวกเขาสร้างเมมเบรนโดยใช้เวย์โปรตีน denatured ที่ประกอบเป็นเส้นใยนาทีที่เรียกว่าอะไมลอยด์ไฟบริล ในกรณีนี้นักวิจัยได้รวมนั่งร้าน fibril นี้กับอนุภาคนาโนของเหล็กไฮดรอกไซด์ (Fe-O-HO)

การผลิตเมมเบรนค่อนข้างง่าย ในการผลิตไฟบริลเวย์โปรตีนที่ได้จากการประมวลผลนมจะถูกเพิ่มลงในกรดและอุ่นถึง 90 องศาเซลเซียส สิ่งนี้ทําให้โปรตีนขยายและแนบกันทําให้เกิดไฟบริล อนุภาคนาโนสามารถผลิตได้ในภาชนะปฏิกิริยาเดียวกับไฟบริลส์: นักวิจัยเพิ่มค่า pH และเพิ่มเกลือเหล็กทําให้ส่วนผสม "สลายตัว" ลงในอนุภาคนาโนไฮดรอกไซด์เหล็กซึ่งติดกับไฟบริลอะไมลอยด์ สําหรับแอปพลิเคชันนี้ Mezzenga และเพื่อนร่วมงานของเขาใช้เซลลูโลสเพื่อสนับสนุนเมมเบรน

การรวมกันของอะไมลอยด์ไฟบริลและอนุภาคนาโนไฮดรอกไซด์เหล็กทําให้เมมเบรนเป็นกับดักที่มีประสิทธิภาพและมีประสิทธิภาพสูงสําหรับไวรัสต่าง ๆ ที่มีอยู่ในน้ํา เหล็กออกไซด์ที่มีประจุบวกจะดึงดูดไวรัสที่มีประจุลบและเปิดใช้งาน อะไมลอยด์ไฟบริลเพียงอย่างเดียวจะไม่สามารถทําเช่นนี้เพราะเช่นเดียวกับอนุภาคไวรัสพวกเขายังถูกเรียกเก็บเงินในทางลบที่ค่า pH เป็นกลาง อย่างไรก็ตามไฟบริลเป็นเมทริกซ์ที่เหมาะสําหรับอนุภาคนาโนเหล็กออกไซด์

ไวรัสต่าง ๆ ที่กําจัดได้อย่างมีประสิทธิภาพสูง
เมมเบรนกําจัดไวรัสที่เกิดจากน้ําที่หลากหลายรวมถึง adenoviruses ที่ไม่มีใครพบไวรัสเรโทรไวรัสและ enteroviruses กลุ่มที่สามนี้สามารถทําให้เกิดการติดเชื้อในระบบทางเดินอาหารที่เป็นอันตรายซึ่งฆ่าคนประมาณครึ่งล้านคนซึ่งมักจะเป็นเด็กเล็กในประเทศกําลังพัฒนาและประเทศเกิดใหม่ทุกปี Enteroviruses มีความเหนียวมากและทนต่อกรดและยังคงอยู่ในน้ําเป็นเวลานานดังนั้นเมมเบรนกรองควรน่าสนใจเป็นพิเศษสําหรับประเทศที่ยากจนเพื่อช่วยป้องกันการติดเชื้อดังกล่าว

นอกจากนี้เมมเบรนยังกําจัดไวรัสไข้หวัดใหญ่ H1N1 และแม้แต่ไวรัส SARS-CoV-2 ใหม่จากน้ําที่มีประสิทธิภาพมาก ในตัวอย่างที่กรองความเข้มข้นของไวรัสทั้งสองต่ํากว่าขีด จํากัด การตรวจจับซึ่งเทียบเท่ากับการกําจัดเชื้อโรคเหล่านี้เกือบทั้งหมด

"เราตระหนักดีว่า coronavirus ใหม่ถูกส่งส่วนใหญ่ผ่านหยดและละอองลอย แต่ในความเป็นจริงแม้ในระดับนี้ไวรัสจะต้องถูกล้อมรอบด้วยน้ํา ความจริงที่ว่าเราสามารถลบมันได้อย่างมีประสิทธิภาพจากน้ําอย่างน่าประทับใจขีดเส้นใต้การบังคับใช้ในวงกว้างของเมมเบรนของเรา" Mezzenga

ในขณะที่เมมเบรนได้รับการออกแบบมาเป็นหลักสําหรับใช้ในโรงบําบัดน้ําเสียหรือสําหรับการบําบัดน้ําดื่ม แต่ก็สามารถใช้ในระบบกรองอากาศหรือแม้แต่ในหน้ากาก เนื่องจากประกอบด้วยวัสดุเสียงทางนิเวศวิทยาเท่านั้นจึงสามารถหมักได้หลังจากการใช้งานและการผลิตต้องใช้พลังงานขั้นต่ํา ลักษณะเหล่านี้ให้รอยเท้าด้านสิ่งแวดล้อมที่ยอดเยี่ยมเนื่องจากนักวิจัยยังชี้ให้เห็นในการศึกษาของพวกเขา เนื่องจากการกรองเป็นแบบพาสซีฟจึงไม่จําเป็นต้องมีพลังงานเพิ่มเติมซึ่งทําให้การทํางานของคาร์บอนเป็นกลางและการใช้งานที่เป็นไปได้ในบริบททางสังคมใด ๆ ตั้งแต่ชุมชนในเมืองถึงชนบท

นอกจากห้องปฏิบัติการของ Mezzenga แล้วนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยสวิสหลายแห่งมีส่วนร่วมในการทํางานรวมถึงผู้เชี่ยวชาญด้านไวรัสจากมหาวิทยาลัยซูริคโลซานน์และเจนีวา EPFL มหาวิทยาลัย Cagliari และ BluAct ปั่น ETH ซึ่งถือสิทธิบัตรเกี่ยวกับเทคโนโลยีใหม่นี้

ที่มา: Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zurich)