Filtrovať membrány vykresľuje vírusy neškodné

Peter Rüegg

Vedci z ETH Zürich vyvíjajú novú filtračnú membránu, ktorá je vysoko efektívna pri filtrovaní a inaktivácii širokej škály vzduchovýchniesť a vodu-prenášané vírusy. Membrána je vyrobená z ekologicky nezávadných materiálov a má primerane dobré prostredieronmentálna stopa.

Vírusy sa môžu šíriť nielen kvapkami alebo aerosólmi, ako je nový koronavírus, ale aj vodou. Niektoré potenciálne nebezpečné patogény gastrointestinálnych chorôb sú v skutočnosti vírusy prenášané vodou.

Takéto vírusy sa doposiaľ odstraňovali z vody pomocou nanofiltrácie alebo reverznej osmózy, avšak s vysokými nákladmi a závažným dopadom na životné prostredie. Napríklad nanofiltre na vírusy sú vyrobené z ropných surovín, zatiaľ čo reverzná osmóza vyžaduje pomerne veľké množstvo energie.

Vyvinula sa ekologická membrána
Teraz medzinárodný tím výskumníkov pod vedením Raffaele Mezzenga, profesora Food& Soft Materials v ETH Zürich vyvinula novú membránu vodného filtra, ktorá je vysoko účinná a zároveň šetrná k životnému prostrediu. Na jeho výrobu použili vedci prírodné suroviny.

Filtračná membrána funguje na rovnakom princípe, aký vyvinul Mezzenga a jeho kolegovia na odstraňovanie ťažkých alebo drahých kovov z vody. Vytvárajú membránu pomocou denaturovaných srvátkových proteínov, ktoré sa zhromažďujú do nepatrných vlákien nazývaných amyloidové fibrily. V tomto prípade vedci kombinovali toto vláknité lešenie s nanočasticami hydroxidu železa (Fe-O-HO).

Výroba membrány je pomerne jednoduchá. Na výrobu fibríl sa srvátkové bielkoviny získané zo spracovania mlieka pridajú k kyseline a zahrejú sa na 90 stupňov Celzia. To spôsobí, že sa proteíny rozšíria a navzájom sa spoja a vytvoria sa tak fibrily. Nanočastice môžu byť vyrobené v rovnakej reakčnej nádobe ako fibrily: vedci zvýšia pH a pridajú soľ železa, čo spôsobí „rozpadnutie“ zmesi na nanočastice hydroxidu železa, ktoré sa pripájajú k amyloidným vláknam. Pre túto aplikáciu Mezzenga a jeho kolegovia použili na podporu membrány celulózu.

Táto kombinácia amyloidových vlákien a nanočastíc hydroxidu železa robí z membrány vysoko efektívny a účinný lapač rôznych vírusov prítomných vo vode. Kladne nabitý oxid železitý elektrostaticky priťahuje negatívne nabité vírusy a deaktivuje ich. Samotné amyloidové fibrily by to nedokázali, pretože rovnako ako vírusové častice sú aj pri neutrálnom pH negatívne nabité. Fibrily sú však ideálnou matricou pre nanočastice oxidu železitého.

Rôzne vírusy boli eliminované veľmi efektívne
Membrána eliminuje širokú škálu vírusov prenášaných vodou, vrátane neobalených adenovírusov, retrovírusov a enterovírusov. Táto tretia skupina môže spôsobiť nebezpečné gastrointestinálne infekcie, ktoré každý rok zabijú asi pol milióna ľudí - často malé deti v rozvojových a rozvíjajúcich sa krajinách. Enterovírusy sú mimoriadne tvrdé a odolné voči kyselinám a zostávajú vo vode veľmi dlho, takže filtračná membrána by mala byť obzvlášť atraktívna pre chudobnejšie krajiny, aby sa zabránilo takýmto infekciám.

Membrána navyše s vysokou účinnosťou eliminuje z vody chrípkové vírusy H1N1 a dokonca aj nový vírus SARS-CoV-2. Vo filtrovaných vzorkách bola koncentrácia týchto dvoch vírusov pod detekčným limitom, čo sa rovná takmer úplnej eliminácii týchto patogénov.

GG „; Sme si vedomí, že nový koronavírus sa prenáša predovšetkým kvapôčkami a aerosólmi, ale v skutočnosti je potrebné vírus obklopiť vodou aj v takom rozsahu. Skutočnosť, že ju dokážeme veľmi efektívne odstrániť z vody pôsobivým spôsobom, podčiarkuje široké uplatnenie našej membrány" hovorí Mezzenga.

Aj keď je membrána primárne určená na použitie v čistiarňach odpadových vôd alebo na úpravu pitnej vody, mohla by sa tiež použiť v systémoch filtrácie vzduchu alebo dokonca v maskách. Pretože sa skladá výlučne z ekologicky nezávadných materiálov, dalo by sa po použití jednoducho kompostovať - ​​a jeho výroba vyžaduje minimum energie. Tieto vlastnosti mu dávajú vynikajúcu environmentálnu stopu, ako to poukazujú aj vedci vo svojej štúdii. Pretože filtrácia je pasívna, nevyžaduje žiadnu ďalšiu energiu, čo robí jej prevádzku uhlíkovo neutrálnou a je možné ju použiť v akomkoľvek sociálnom kontexte, od mestských po vidiecke komunity.

Okrem Mezzengovho laboratória sa na práci podieľali vedci z niekoľkých švajčiarskych univerzít vrátane vírusových odborníkov z univerzít v Zürichu, Lausanne a Ženeve, EPFL, univerzity v Cagliari a spin-off ETH BluAct, ktorý je držiteľom patentu na túto oblasť. Nová technológia.

Zdroj: Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)