Опубликовано : Июн 30, 2020

Водоотталкивающее вещество может вступить в борьбу с коронавирусом

Водоотталкивающее вещество может вступить в коронавирусную борьбу
Вода выходит из ElastiDry из-за супергидрофобности вещества. Кредит: Андреа Старр | PNNL

Средства индивидуальной защиты (СИЗ) были в центре борьбы с COVID-19. Как и редко, ранее, неумолимый вирус показал медицинским провайдерам важное значение устройств верхнего уровня.

На фоне этого кризиса сверхжидкостно-отталкивающее вещество под названием ElastiDry может вскоре появиться на рынке в провокационное время.

Ученый-материаловед PNNL Кертис Лаример и его коллеги потратили два года на исследование, тестирование и повторное тестирование потенциальных покрытий, прежде чем разрабатывать формулу и процесс нанесения. Как и планировалось, нетоксичный продукт легко проливал жидкости. Но к приятному удивлению исследователей, он сделал что-то совершенно неожиданное: он сохранил свои водоотталкивающие свойства даже при растяжении. И теперь, ElastiDry, готов к рынку.

Хирургические перчатки — одно из основных применений, которые Лаример и его коллеги предполагают для своего супергидрофобного («боязливого») материала. Показатели выделения жидкости, отображаемые в лаборатории, могут предотвратить заражение медсестры, врача и других лиц в медицинских учреждениях. Хирургические перчатки с ElastiDry могут обеспечить дополнительную защиту, к которой стремились медицинские работники, защищая себя от очень заразного вируса.

Ежегодно во всем мире используется около 27 миллиардов одноразовых перчаток, в основном в больницах и медицинских учреждениях, в сфере приготовления пищи и обслуживания для обработки химических веществ, а также в условиях лабораторных исследований. Большинство из этих перчаток используются один раз и только в течение короткого периода времени перед утилизацией.

«Доллар за доллар — нет лучшего, более ценного устройства для борьбы с инфекцией, чем латексные перчатки», — сказал Лаример. «Медицинский персонал взаимодействует с миром, пациентами и всем, что у них есть. Они собираются собирать вирусы и бактерии и перемещать их руками. Перчатки, особенно перчатки, легко модифицируемые для проливания жидкостей, могут разрушиться. этот вид транспорта. «

Дополнительные потенциальные применения для супергидрофобного покрытия

На протяжении всей разработки ElastiDry Larimer и его коллеги видели другие потенциальные приложения. ElastiDry может быть применен к:

  • Костюмы и головные уборы Tyvek, а также сапоги или фартуки из резины.
  • Медицинские приборы, стены или постельные принадлежности в медицинских учреждениях.
  • Поверхности которые связываются с пищевыми продуктами в пищевой промышленности и сфере услуг.
  • Трубки, мензурки или трубки, которые переносят биоматериалы и опасные химические вещества в промышленных и научных условиях.

Кредит: Тихоокеанская Северо-Западная Национальная Лаборатория

Другой кризис в сфере здравоохранения вдохновил развитие ElastiDry

В октябре 2014 года вирус Эбола опустошил некоторые части Западной Африки, и в Соединенных Штатах было зарегистрировано несколько таких случаев. Чиновники PNNL созвали срочное совещание, пытаясь убедить исследователей в идеях по борьбе с часто фатальной болезнью. Лаример, присоединившийся к лаборатории в качестве постдокторанта, работал с коллегами над разработкой скользких покрытий.

После этой встречи он представил супер гладкую хирургическую перчатку, частично вдохновленную его женой Франсиской Лаример.

Франциска много лет проработала медсестрой, а потом стала мамой, ухаживающей за двумя детьми. Она внимательно следила за новостями об Эболе, опасаясь ее летальности для пациентов и ее потенциального вреда для ее коллег-медиков на переднем крае.

«Я сказала ему, что это отличная идея», — вспоминает она. «Я действительно мог видеть потенциальные выгоды. Я сказал ему:» Ты должен сделать это «.

При начальном финансировании Управления по внедрению и распространению технологий PNNL Лаример начал реализацию проекта в конце 2014 года.

Чтение листьев лотоса для подсказок

Водоотталкивающие образцы в природе повлияли на ларимера, например, на спину жука пустыни Намиб, ножки водоросли Gerridae и, что наиболее важно, наноразмерную текстуру листа лотоса. Заинтригованный тем, как капли воды падали на его листьях, Лаример купил растение лотоса в местном садовом магазине, чтобы помочь в лабораторных испытаниях.


Водоотталкивающее вещество может вступить в борьбу с коронавирусом
Микроскопический кремнезем играет роль в формуле ElastiDry. Кредит: Андреа Старр | PNNL

Он построил свою идею об использовании воды на предыдущих теориях отталкивания. В 1805 году Томас Янг исследовал связь между жидкостью и плоской поверхностью; в 1936 году Томас Венцель разработал уравнение, иллюстрирующее связь между жидкостями и шероховатыми плоскими поверхностями; а в 1944 году исследователи А.Б.Д. Кэсси и С. Бакстер сосредоточились на поведении жидкости на шероховатых поверхностях с воздушными зазорами.

Лаример был заинтересован в создании гибрида формул Вензеля и Кэсси-Бакстера для создания материала, который сохранял бы свои супергидрофобные свойства даже при растяжении.

Правильная комбинация

Чтобы создать новый материал, Лаример экспериментировал со смесями, содержащими гидрофобный кремнезем, микроскопическую частицу, полученную из песка, которая является обычным ингредиентом во многих продуктах, включая краски, пластмассы и покрытия.

«В течение года мы тестировали десятки различных частиц», — сказал Лаример. «Мы проверили размер частиц, микроскопическую длину цепи, химию поверхности — для всего этого».

Однако кремнезем сопротивлялся смешиванию с латексными эмульсиями на водной основе. Вместо этого исследователи применили кремнезем для сушки латекса с помощью высокоскоростного распылителя. Они практиковались в латексных перчатках, которые производили в лаборатории — процесс, который они поняли, посмотрев видео с инструкциями на YouTube.

«Когда латексная перчатка выходит из чана, это, по сути, фильм, которым она станет», — сказал Лаример. «Но это все еще холст, на котором мы можем рисовать. Идея состоит в том, что именно в этот момент мы вмешиваемся, бомбардируем поверхность волокнами, внедряем их. И затем мы даем всей перчатке высохнуть и удаляем ее из формы»./р>
Водоотталкивающее вещество может вступить в борьбу с коронавирусом
Разработчики ElastiDry считают, что это вещество может помочь первым, кто реагирует. Кредит: Андреа Старр | PNNL

Нахождение кварца сладкого пятна

Одной из трудоемких задач было определение количества волокон кремнезема, которые нужно дозировать, и с какой скоростью.

«Это заняло много времени», — сказал Лаример. «Мы провели много исследований, в которых мы варьировали время ожидания от нанесения жидкого латекса до нанесения раствора кремнезема».

Наносить на влажную поверхность было слишком рано; ждать пять минут или больше было слишком много времени.

«Но было это сладкое пятно через одну-две минуты после того, как оно было вывезено», — сказал Лаример. «Мы выяснили время. И затем мы провели много исследований, в которых мы изменили концентрацию частиц в растворителе».

Исследователи были удивлены, обнаружив, что супер-гидрофобность увеличилась, когда материал растягивался, чего не ожидалось, и позже обнаружил, что увеличение отталкивающих свойств обусловлено изменением структуры поверхности при растяжении.

Бюро по патентам и товарным знакам США одобрило патент ElastiDry примерно в то же время, когда COVID-19 начал требовать своих первых жертв в Соединенных Штатах. И Лаример, естественно, думал о том, как супергидрофобное вещество может сыграть своевременную роль в предотвращении воздействия пандемии.

Spread the love

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *