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高效去除水傳播病毒的新型過濾膜被發明

2021-06-29 13:12:41
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像新型冠狀病毒一樣,很多病毒不僅可以通過飛沫或氣溶膠傳播,還可以通過水傳播。

事實上,一些胃腸道疾病的潛在危險病原體就是是水傳播的病毒。迄今為止,這種病毒已經可以被納濾或反滲透從水中去除,但成本高,對環境影響嚴重。例如,病毒的納米過濾器是由石油為基礎的原材料制成 的,而反滲透則需要相對大量的能量。

現在,一個由蘇黎世聯邦理工學院食品與軟材料教授Raffaele Mezzenga領導的國際研究團隊開發了一種新型水過濾膜,它既高效又環保。為了制造它,研究人員使用了天然原料。

這種膜可以消除廣泛的水傳播病毒,包括非包膜腺病毒、逆轉錄病毒和腸道病毒。

每年約有50萬人因胃腸道感染而死亡,通常是發展中國家和新興國家的幼兒。

腸道病毒具有極強的韌性和耐酸性,可以在水中停留很長時間,因此,作為一種幫助預防此類感染的方法,過濾膜對貧窮國家尤其具有吸引力。

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此外,該膜還能高效地從水中清除H1N1流感病毒,甚至新型SARS-CoV-2病毒。

在過濾后的樣本中,兩種病毒的濃度均低于檢測下限,相當于幾乎完全消除了這些病原體。

                                                  環保膜研制成功

這種過濾膜的工作原理與Mezzenga和他的同事開發的從水中去除重金屬或貴金屬的原理相同。

他們用變性的乳清蛋白制造細胞膜,這些蛋白組裝成被稱為淀粉樣原纖維的細絲。在這種情況下,研究人員將這種纖維支架與納米氫氧化鐵(Fe-O-HO)結合起來。

薄膜的制造相對簡單。為了生產纖維,從牛奶加工中提取的乳清蛋白被加入酸中并加熱到90攝氏度。這導致蛋白質延伸并相互連接,形成原纖維。

納米顆??梢栽谂c原纖維相同的反應容器中產生:研究人員提高pH值并加入鐵鹽,使混合物“分解”成附著在淀粉樣原纖維上的氫氧化鐵納米顆粒。

為了實現這一應用,Mezzenga和他的同事使用纖維素來支撐膜。

淀粉樣原纖維和氫氧化鐵納米粒子的結合使膜成為水中各種病毒的高效陷阱。帶正電的氧化鐵靜電吸引帶負電的病毒并使它們失活。

淀粉樣原纖維本身無法做到這一點,因為與病毒顆粒一樣,它們在中性ph值下也帶負電荷。然而,這些原纖維是氧化鐵納米顆粒的理想基質。

各種病毒被高效消滅

“我們知道,新型冠狀病毒主要通過飛沫和氣溶膠傳播,但事實上,即使在這種規模下,病毒也需要被水包圍。事實上,我們可以非常有效地從水中去除它,這突出了我們的膜的廣泛適用性?!盡ezzenga說。

雖然這種膜主要用于污水處理廠或飲用水處理,但它也可以用于空氣過濾系統,甚至用于口罩。由于它完全由生態無害的材料組成,它可以在使用后簡單地堆肥——而且它的生產需要的能源最少。

正如研究人員在他們的研究中指出的那樣,這些特性使它具有良好的環境足跡。因為過濾是被動的,它不需要額外的能量,這使得它的運作是碳中和的,并且在從城市到農村社區的任何社會環境中都可能使用。

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