پایان دوران ماسک‌های خفه‌کننده؛ نسل جدید فیلترها معرفی شدند

به گزارش عصر رویداد از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، با افزایش اهمیت استفاده از ماسک در دوران همه‌گیری کووید-۱۹، موضوع تعادل میان حفاظت و راحتی همواره چالشی جدی بوده است. در حالی که ماسک‌هایی با منافذ بسیار ریز می‌توانند ویروس‌هایی با اندازه حدود ۱۰۰ نانومتر را به‌خوبی جذب کنند، این دقت بالا اغلب به قیمت کاهش جریان هوا و ایجاد احساس ناراحتی برای کاربر تمام می‌شود.

اما اکنون پژوهشگران مؤسسه علوم صنعتی دانشگاه توکیو (Institute of Industrial Science, The University of Tokyo) موفق شده‌اند با روشی نوین این مشکل را برطرف کنند و این دستاورد علمی می‌تواند تحولی اساسی در طراحی ماسک‌های محافظ ایجاد کند.

نتایج مطالعه‌ای که به‌تازگی در نشریه Materials Advances منتشر شده است، از ساخت فیلترهایی خبر می‌دهد که قادرند نانوذراتی در ابعاد ویروس را به دام اندازند، در حالی که محدودیت جریان هوا را به حداقل می‌رسانند. این فیلتر از نانولایه‌هایی تشکیل شده که ساختاری منظم از مولکول‌های پورفیرین دارند؛ مولکول‌هایی تخت و حلقه‌ای‌شکل با یک حفره مرکزی.

در این فناوری نوین، منافذ ریز موجود در مولکول‌های پورفیرین به اندازه‌ای هستند که عبور مولکول‌های کوچک گاز موجود در هوا را ممکن می‌سازند، اما از عبور ذرات بزرگ‌تر مانند ویروس‌ها جلوگیری می‌کنند. این نانولایه‌ها سپس بر روی پارچه‌ای که با نانوالیاف تقویت شده و دارای منافذی در حدود چند صد نانومتر است، قرار می‌گیرند تا فیلتر نهایی را تشکیل دهند.

به گفته کازویوکی ایشی (Kazuyuki Ishii)، نویسنده ارشد این پژوهش، «نانوورقه‌های مبتنی بر پورفیرین از طریق واکنش‌های بین‌سطحی که با حرکت واکنش‌دهنده‌ها در اثر گرادیان کشش سطحی در مرز هوا و حلال شکل می‌گیرد، ساخته می‌شوند. این پدیده به‌عنوان اثر مارانگونی (Marangoni Effect) شناخته می‌شود.»

پس از تولید نانولایه‌ها، آن‌ها به‌صورت فشرده بر روی پارچه‌ی نانوالیاف‌دار، با استفاده از روشی موسوم به روش مهر (Stamp Method) پوشش داده می‌شوند.

این تیم پژوهشی برای آزمایش کارایی این فیلتر، از روش استاندارد ارزیابی ماسک‌های N۹۵ استفاده کرده است. نتایج آزمایش‌ها نشان داد که این فیلتر توانسته ذراتی به کوچکی ۱۰۰ نانومتر را به‌طور مؤثری جذب کند. کارایی فیلتراسیون ذرات در این نمونه به ۹۶ درصد رسید که بالاتر از حداقل استاندارد ۹۵ درصدی ماسک‌های N۹۵ است.

ایشی در این‌باره توضیح داد: فیلتر ما بر پایه پورفیرین توانست نانوذراتی به کوچکی صد نانومتر را جذب کند. نکته مهم این است که در آزمایش‌های جریان گاز، افت فشار بسیار ناچیز بود. این یعنی فیلتر قادر است ذراتی به اندازه ویروس‌ها را جذب کند، بدون اینکه جریان هوا را به شکل محسوس محدود سازد.

رویکرد نوآورانه این تیم تحقیقاتی، که مبتنی بر پوشش نانولایه‌های متخلخل بر روی نانوالیاف است، چشم‌انداز امیدوارکننده‌ای را برای توسعه فیلترهایی با کارایی بالا و راحتی بیشتر برای مصرف‌کننده فراهم می‌کند. این دستاورد می‌تواند گامی بزرگ در مسیر طراحی نسل جدید ماسک‌ها، به‌ویژه برای استفاده بلندمدت و در محیط‌های حساس مانند بیمارستان‌ها و مکان‌های عمومی، باشد.

منبع این پژوهش، مؤسسه علوم صنعتی دانشگاه توکیو اعلام کرده که این فناوری می‌تواند در آینده نزدیک به تجاری‌سازی برسد و به صورت گسترده در تولید ماسک‌های محافظتی به‌کار رود.