Біорозкладна маска, яка може комфортно захистити свого власника, не завдаючи шкоди навколишньому середовищу, стала на крок ближче до реальності, завдяки дослідженню McMaster's Центр передового досвіду захисного обладнання та матеріалів (CEPEM).
Кредит зображення: Pixabay (безкоштовна ліцензія Pixabay)
Докторантура Снеха Шанбхаг і докторант Ронг Ву розробили ефективний повітряний фільтр, який можна компостувати та дихати, виготовлений із білка на основі кукурудзи.
«Це прорив, який багатообіцяє для сталої лінії засобів індивідуального захисту», — каже директор центру Раві Селваганапаті, професор машинобудування та біомедичної інженерії в McMaster.
Пошук шляхів екологізації індустрії ЗІЗ завжди був метою CEPEM, яка відкрила свої двері в червні 2020 року у відповідь на нагальну потребу в канадському досвіді в цій галузі.
«Багато високоякісних фільтруючих матеріалів, які використовуються в ЗІЗ, виготовляються з матеріалів, отриманих з викопного палива, які природним чином не розкладаються в навколишньому середовищі», — каже Селваганапаті.
«Це назавжди матеріали, які залишаться позаду, якщо їх не утилізувати належним чином і не буде хорошого механізму їх утилізації».
Побачивши купи викинутих масок для обличчя, Шанбхаг і Ву спонукали знайти більш екологічно стійкий спосіб убезпечити людей.
«Ми обидва дуже піклуємось про землю та навколишнє середовище, і хотіли побачити варіант, який біологічно розкладається», — каже Ву.
Пара розглядала зеїн, білок кукурудзи з низькою поживною цінністю, який потенційно можна отримувати з сільськогосподарських відходів, як економічно ефективний полімер рослинного походження.
Вони розробили життєздатний фільтруючий матеріал шляхом електроформування зеїну на паперовій основі. Вони покращили довговічність і стійкість фільтра до вологи шляхом зшивання зеїну лимонною кислотою, щоб запобігти його набуханню, розтріскування або відшарування паперової основи.
А після тестування різноманітних конструкцій Шанбхаг і Ву виявили, що укладання волокон у складчастий фільтр покращує його повітропроникність протягом тривалого використання, зберігаючи при цьому фільтраційні якості, відповідні масці рівня N-95.
Випробування показали, що матеріал руйнується протягом приблизно місяця, що робить його життєздатною біорозкладаною альтернативою фільтрам на основі поліпропілену в масках і респіраторах.
«Я вважаю, що промисловість і дослідницьке співтовариство зацікавлені у виробництві біорозкладаних матеріалів, але існує розрив між нашими знаннями про ці матеріали та перетворенням їх у функціональні ЗІЗ», — каже Шанбхаг.
«Ми визнали можливість використати можливості центру для розробки чогось корисного, що потенційно може стати рішенням на довгі роки».
Дослідження Шанбхага та Ву, які отримали фінансування як від федерального, так і від провінційних урядів, було опубліковані в журналі Мембрани Березня.
За словами Селваганапаті, дослідження є дуже багатообіцяючим початком створення життєздатних ЗІЗ канадського виробництва, що піддаються біологічному розкладанню.
Разом із інтеграцією антимікробних властивостей у матеріал, центр вивчатиме використання інших природних полімерів, таких як екстракти кукурудзяного лушпиння або пшениці, для подальшого вдосконалення структури фільтра.
«Наприклад, якщо ми змішаємо целюлозу з зеїном для отримання кращих структурних властивостей, ми зможемо видалити цю підкладку з паперу та мати один міцний матеріал із хорошою фільтрацією».
За словами Селваганапаті, використання рослинних продуктів, які наразі викидаються, забезпечує економічно ефективне постачання сировини для підтримки фінансової конкурентоспроможності біорозкладних масок.
Але це також відводить ці продукти від потоку відходів, де вони в іншому випадку додадуть парникових газів при спалюванні або утилізації на звалищі.
Shanbhag також розробляє матеріал на основі біополімерів з еластичними властивостями, який потенційно можна буде використовувати для вушних ремінців для масок у майбутньому.
Існує значний інтерес до економічно ефективних, біорозкладаних матеріалів для ЗІЗ, каже Селваганапаті.
«Стійкість стала дуже важливим критерієм майже для всіх виробників у Канаді».
CEPEM зосереджує винахідливість інженерних досліджень McMaster на викликах ЗІЗ наступного покоління, каже Джон Престон, заступник декана з досліджень, інновацій та зовнішніх зв’язків інженерного факультету.
«Ми бачимо, що наші дослідження та розробки допомагають канадським компаніям стати світовими лідерами галузі».
Автор Кім Арнотт
джерело: Університет МакМастер
