Новые воздушные фильтры с жидким покрытием могут улучшить раннее обнаружение и анализ переносимых по воздуху патогенов.
Исследователи из Университета штата Мэн и Массачусетского университета в Амхерсте разработали новые воздушные фильтры с жидким покрытием, которые позволяют улучшить раннее обнаружение и анализ переносимых по воздуху бактерий и вирусов, в том числе вызывающих COVID-19. Команда опубликовала свои выводы в журнале ACS Applied Materials & Interfaces .
В то время как обычные воздушные фильтры помогают контролировать распространение болезней в общественных местах, таких как больницы и туристические центры, они изо всех сил пытаются сохранить жизнеспособность патогенов, которые они собирают, для тестирования. Неэффективность может препятствовать способности ученых выявлять биологические угрозы на раннем этапе, что может помешать любым мерам реагирования и защиты.
Исследовательская группа под руководством Кейтлин Хауэлл, адъюнкт-профессора биомедицинской инженерии Университета штата Мэн, разработала композитную мембрану с жидким слоем для фильтров, которая лучше подходит для захвата жизнеспособных бактериальных и вирусных образцов для анализа. Они смоделировали мембрану по образцу растения-кувшина Непентес, у которого скользкий край и внутренние стенки, из-за которых насекомые падают и попадают в пищеварительную жидкость. Благодаря тому, что бактерии и вирусы , которые они захватывают, остаются доступными для исследования, исследователи говорят, что их новые воздушные фильтры с жидким покрытием могут улучшить усилия по отбору проб воздуха, раннему обнаружению патогенов и бионадзору в интересах национальной безопасности.
«Я думаю, что для наших пациентов и нас самих, как тех, кто за ними ухаживает, эта технология даст нам уверенность в том, что мы в большей безопасности оказываем помощь», — говорит доктор Роберт Боуи, медицинский директор Института неотложной медицинской помощи Даун-Ист. «Знание того, что мы улучшили безопасность, позволяет легче оставить своих близких и пойти работать, заботясь о других».
Группа исследователей разработала несколько типов фильтров, содержащих их мембранную технологию с жидким покрытием, и проверила их способность сохранять и высвобождать бактерии кишечной палочки; SARS-COV-2, вирус, вызывающий COVID-19; и полиомавирус JC, поражающий центральную нервную систему.
В частности, они обнаружили, что высокоэффективные воздушные фильтры для твердых частиц (HEPA) с их мембраной с жидким покрытием улавливают больше переносимых по воздуху патогенов , чем фильтры без них.
«На ранних стадиях пандемии мы в режиме реального времени наблюдали за тем, сколько проблем было вызвано тем, что никто не знал, где находится переносимый по воздуху вирус, а где его нет. У нас была система, которая могла начать удовлетворять эту потребность, поэтому она нашей обязанностью было активизироваться и помочь», — говорит Хауэлл.
Проект представлял собой значительную междисциплинарную работу в области биомедицинской инженерии, химической инженерии и микробиологии. Первый автор Дэниел Риган впервые представил первоначальную концепцию воздушных фильтров с жидким покрытием для улавливания аэрозолей, содержащих бактерии , своему диссертационному комитету в марте 2019 года, основываясь на беседах с военными исследователями и опасениях по поводу обнаружения потенциального загрязнения во время медицинской эвакуации. Он также представил его в презентации на студенческом симпозиуме UMaine 2020 года под названием «Оптимизация жидкостных мембран для захвата и выпуска биоаэрозолей», которая принесла ему президентскую премию доктора Сьюзен Дж. Хантер за исследования.
Эта концепция получила дальнейшее развитие и уточнение, когда Хауэлл, Магиннис, Шиффман и Холмс поняли, что это также может относиться к вирусосодержащим аэрозолям в первые дни пандемии COVID-19.
«COVID-19 был постоянным напоминанием о важной роли, которую возможности бионаблюдения отводят лицам, принимающим решения, в получении подробной информации для снижения биологических рисков», — говорит Риган, ныне научный сотрудник Центра стратегических вооружений им. Совет по стратегическим рискам в Вашингтоне, округ Колумбия
«Только за последний год мир столкнулся с патогенами с серьезными последствиями, включая вспышку обезьяньей оспы (или оспы), возрождение лихорадки Эбола в Судане и большое количество случаев респираторно-синцитиальной вирусной инфекции (РСВ). Необходимость раннего предупреждения о патогенах может не может быть больше, и мы надеемся, что дальнейшие инвестиции в воздушные фильтры с жидким покрытием помогут расширить возможности бионаблюдения для обнаружения аэрозолей».
