Podle Peter Rüegg
Vědci z ETH Curych vyvíjejí novou filtrační membránu, která je vysoce účinná při filtrování a inaktivaci široké škály vzduchovýchnesené a vodní-přenášených virů. Membrána je vyrobena z ekologicky zdravých materiálů a má vhodně dobré prostředíronmentální stopa.
Viry se mohou šířit nejen kapičkami nebo aerosoly, jako je nový koronavirus, ale také ve vodě. Ve skutečnosti jsou některé potenciálně nebezpečné patogeny gastrointestinálních onemocnění viry přenášené vodou.
K dnešnímu dni byly tyto viry odstraněny z vody pomocí nanofiltrace nebo reverzní osmózy, ale s vysokými náklady a závažným dopadem na životní prostředí. Například nanofiltry pro viry jsou vyrobeny ze surovin na bázi ropy, zatímco reverzní osmóza vyžaduje relativně velké množství energie.
Vyvinutá membrána šetrná k životnímu prostředí
Nyní mezinárodní tým vědců vedený Raffaele Mezzengou, profesorem potravin a měkkých materiálů na ETH Curych, vyvinul novou membránu vodního filtru, která je vysoce účinná a šetrná k životnímu prostředí. K jeho výrobě vědci použili přírodní suroviny.
Filtrační membrána funguje na stejném principu, který Mezzenga a jeho kolegové vyvinuli pro odstraňování těžkých nebo drahých kovů z vody. Vytvářejí membránu pomocí denaturovaných syrovátkových proteinů, které se shromažďují do minutových vláken zvaných amyloidní fibrily. V tomto případě vědci zkombinovali toto fibrilové lešení s nanočásticemi hydroxidu železa (Fe-O-HO).
Výroba membrány je poměrně jednoduchá. Pro výrobu fibril se do kyseliny přidávají syrovátkové bílkoviny získané zpracováním mléka a zahřívají se na 90 stupňů Celsia. To způsobuje, že se bílkoviny rozšiřují a připojují k sobě a vytvářejí fibrily. Nanočástice mohou být produkovány ve stejné reakční nádobě jako fibrily: vědci zvyšují pH a přidávají železnou sůl, což způsobuje, že se směs "rozpadá" na nanočástice hydroxidu železa, které se připojují k amyloidním fibrilům. Pro tuto aplikaci Mezzenga a jeho kolegové použili celulózu k podpoře membrány.
Tato kombinace amyloidních fibril a nanočástic hydroxidu železa činí membránu vysoce účinnou a účinnou pastí pro různé viry přítomné ve vodě. Kladně nabitý oxid železitý elektrostaticky přitahuje negativně nabité viry a inaktivuje je. Amyloidní fibrily samy o sobě by to nedokázaly, protože stejně jako virové částice jsou také negativně nabíjené při neutrálním pH. Fibrily jsou však ideální matricí pro nanočástice oxidu železa.
Různé viry eliminovány vysoce efektivně
Membrána eliminuje širokou škálu vodních virů, včetně nevyvinutých adenovirů, retrovirů a enterovirů. Tato třetí skupina může způsobit nebezpečné gastrointestinální infekce, které každoročně zabijí kolem půl milionu lidí – často malých dětí v rozvojových a rozvíjejících se zemích. Enteroviry jsou extrémně tvrdé a odolné vůči kyselinám a zůstávají ve vodě po velmi dlouhou dobu, takže filtrační membrána by měla být obzvláště atraktivní pro chudší země jako způsob, jak pomoci předcházet takovým infekcím.
Membrána navíc s velkou účinností eliminuje viry chřipky H1N1 a dokonce i nový virus SARS-CoV-2 z vody. Ve filtrovaných vzorcích byla koncentrace obou virů pod detekčním limitem, což odpovídá téměř úplné eliminaci těchto patogenů.
"Jsme si vědomi toho, že nový koronavirus je přenášen převážně kapičkami a aerosoly, ale ve skutečnosti i v tomto měřítku virus vyžaduje, aby byl obklopen vodou. Skutečnost, že ji můžeme velmi efektivně odstranit z vody, působivě podtrhuje širokou použitelnost naší membrány," říká Mezzenga.
Membrána je sice primárně určena pro použití v čistírnách odpadních vod nebo pro čištění pitné vody, ale může být použita i v systémech filtrace vzduchu nebo dokonce v maskách. Vzhledem k tomu, že se skládá výhradně z ekologicky zdravých materiálů, mohl by být po použití jednoduše kompostován – a jeho výroba vyžaduje minimální energii. Tyto vlastnosti mu dávají vynikající ekologickou stopu, jak vědci také uchylují ve své studii. Vzhledem k tomu, že filtrace je pasivní, nevyžaduje žádnou další energii, která činí její provoz uhlíkově neutrálním a možným využitím v jakémkoli sociálním kontextu, od městských až po venkovské komunity.
Kromě Laboratoře Mezzenga se na práci podíleli vědci z několika švýcarských univerzit, včetně specialistů na viry z univerzit v Curychu, Lausanne a Ženevě, EPFL, University of Cagliari a spin-offu ETH BluAct, který je držitelem patentu na tuto novou technologii.
Zdroj: Eidgenössische Technische Hochschule Curych (ETH Curych)