Tekijä Peter Rüegg
ETH Zürichin tutkijat kehittävät uutta suodatinkalvoa, joka on erittäin tehokas suodattamaan ja inaktivoimaan monenlaisiaja vesi-viruksia. Ekologisesti äänimateriaaleista valmistettu kalvo on sopivan hyvä ympäristöronmentaalinen jalanjälki.
Virukset voivat levitä paitsi pisaroita tai aerosoleja kuten uusi koronavirus, myös vedessä. Itse asiassa jotkut mahdollisesti vaaralliset ruoansulatuskanavan sairauksien patogeenit ovat vesiteastisia viruksia.
Tähän mennessä tällaiset virukset on poistettu vedestä nanosuodatuksen tai käänteisosmoosin avulla, mutta kalliilla kustannuksilla ja vakavilla ympäristövaikutuksilla. Esimerkiksi virusten nanosuodattimet valmistetaan maaöljypohjaisista raaka-aineista, kun taas käänteisosmoosi vaatii suhteellisen paljon energiaa.
Ympäristöystävällinen kalvo kehitetty
Nyt kansainvälinen tutkijaryhmä, jota johtaa ETH Zürichin food & soft materials -professori Raffaele Mezzenga, on kehittänyt uuden vedensuodatinkalvon, joka on sekä erittäin tehokas että ympäristöystävällinen. Sen valmistukseen tutkijat käyttivät luonnollisia raaka-aineita.
Suodatinkalvo toimii samalla periaatteella, jonka Mezzenga kollegoineen kehitti raskaiden tai jalometallien poistamiseen vedestä. Ne luovat kalvon käyttämällä denatured heraproteiineja, jotka kootaan minuutti filamentiksi, joita kutsutaan amyloidifibriloiksi. Tässä tapauksessa tutkijat ovat yhdistäneet tämän fibriilitelineen rautahydroksidin (Fe-O-HO) nanohiukkasiin.
Kalvon valmistus on suhteellisen yksinkertaista. Fibriittien tuottamiseksi maidon jalostuksessa saadut heraproteiinit lisätään happoon ja kuumennetaan 90 asteeseen. Tämä saa proteiinit ulottumaan ja kiinnittymään toisiinsa muodostaen fibrilit. Nanohiukkaset voidaan tuottaa samassa reaktioastiassa kuin fibrilit: tutkijat nostavat pH:ta ja lisäävät rautasuolaa, jolloin seos "hajoaa" rautahydroksidinanohiukkasiksi, jotka kiinnittyvät amyloidifibrileihin. Tätä sovellusta varten Mezzenga kollegoineen käytti selluloosaa kalvon tueksi.
Tämä amyloidifibrilien ja rautahydroksidinanohiukkasten yhdistelmä tekee kalvosta erittäin tehokkaan ja tehokkaan ansan eri viruksille, joita on vedessä. Positiivisesti varautunut rautaoksidi houkuttelee sähköstaattisesti negatiivisesti varautuvaa virusta ja inaktivoi ne. Amyloidifibrilit eivät yksin pystyisi tähän, koska virushiukkasten kaltaiset ne ovat myös negatiivisesti ladattuja neutraalilla pH: lla. Fibrilit ovat kuitenkin ihanteellinen matriisi rautaoksidin nanohiukkasiin.
Erilaiset virukset eliminoituvat erittäin tehokkaasti
Kalvo eliminoi monenlaisia vesivälitteisiä viruksia, kuten nonenveloped-adenoviruksia, retroviruksia ja enteroviruksia. Tämä kolmas ryhmä voi aiheuttaa vaarallisia ruoansulatuskanavan infektioita, jotka tappavat vuosittain noin puoli miljoonaa ihmistä – usein pieniä lapsia kehitysmaissa ja kehittyvissä maissa. Enterovirukset ovat erittäin kovia ja haponkestäviä ja pysyvät vedessä hyvin pitkään, joten suodatinkalvon pitäisi olla erityisen houkutteleva köyhempien maiden kannalta, jotta tällaisia infektioita voidaan ehkäistä.
Lisäksi kalvo poistaa myös H1N1-influenssavirukset ja jopa uuden SARS-CoV-2-viruksen vedestä erittäin tehokkaasti. Suodatetuissa näytteissä näiden kahden viruksen pitoisuus alitti toteamisrajan, mikä vastaa näiden taudinaiheuttajien lähes täydellistä poistamista.
"Olemme tietoisia siitä, että uusi koronavirus tarttuu pääasiassa pisarkojen ja aerosolien välityksellä, mutta itse asiassa tässäkin mittakaavassa virus vaatii veden ympäröimänä olemista. Se, että voimme poistaa sen erittäin tehokkaasti vedestä, korostaa vaikuttavasti kalvomme laajaa sovellettavuutta", Mezzenga sanoo.
Vaikka kalvo on ensisijaisesti suunniteltu käytettäväksi jätevedenpuhdistamoissa tai juomavedenkäsittelyssä, sitä voitaisiin käyttää myös ilmansuodatusjärjestelmissä tai jopa maskissa. Koska se koostuu yksinomaan ekologisesti terveistä materiaaleista, se voidaan yksinkertaisesti kompostoida käytön jälkeen – ja sen tuotanto vaatii vähimmäisenergiaa. Nämä piirteet antavat sille erinomaisen ympäristöjalanjäljen, kuten tutkijat myös huomauttavat tutkimuksessaan. Koska suodatus on passiivista, se ei vaadi lisäenergiaa, mikä tekee sen toiminnasta hiilineutraalia ja mahdollista käyttöä missä tahansa sosiaalisessa kontekstissa, kaupunkialueista maaseutuyhteisöihin.
Mezzengan laboratorion lisäksi työssä oli mukana tutkijoita useista sveitsiläisistä yliopistoista, muun muassa Zürichin, Lausannen ja Geneven yliopistojen virusasiantuntijoita, EPFL:ää, Cagliarin yliopistoa ja ETH-spin-off BluActia, jolla on patentti tähän uuteen teknologiaan.
Lähde: Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)