• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
12.11.2021
НИЦ «Курчатовский институт»
5
5 448

Российские ученые предложили новый вид фильтров для респираторов

4.5

Исследователи из Курчатовского института, МИФИ и Института электрофизики и электроэнергетики РАН обсудили перспективные технологии, способные повысить эффективность защиты органов дыхания от вируса SARS-CoV-2 с помощью масок и респираторов. В частности, они предложили принципиально новый подход: использование фильтров из ориентированных заряженных волокон.

Российские ученые предложили новый вид фильтров для респираторов / ©Getty images

Осенью 2021 года Россия, как и весь мир, столкнулась с четвертой волной пандемии SARS-CoV-2. Более того, ученые предупреждают — на нее может наложиться сезонная эпидемия гриппа. Поэтому проблема защиты органов дыхания сегодня актуальна как никогда.

Когда человек кашляет, разговаривает и даже просто дышит, в воздух попадают микрокапли слюны и слизи, которые могут содержать патоген. Самые крупные из этих частиц (более 100 мкм) быстро осаждаются на поверхностях, пролетая не больше метра. Те, что помельче, легко разносятся воздушными потоками, и уже через 5–10 минут их можно обнаружить во всем объеме закрытого помещения.

Именно они представляют наибольшую опасность – хотя часть из них задержат реснички в дыхательных путях, самые мелкие, размером несколько сотен нанометров, способны проникнуть глубоко в легкие, в альвеолярные отделы. При этом не более десятка таких частиц уже могут содержать минимальную инфицирующую дозу вируса.

Ставшие уже привычными медицинские маски прилегают к лицу недостаточно плотно, их основное предназначение — защита от крупных капель, возникающих при кашле или чихании. Гораздо эффективнее использовать респираторы класса защиты FFP2, способные способны снизить концентрацию частиц во вдыхаемом воздухе по меньшей мере на 94 процента.

Однако у респираторов есть две основные проблемы, решить которые одновременно очень трудно. Во-первых, в них ощутимо затруднено дыхание, поэтому тяжело выполнять работу, связанную с физическими нагрузками. Многие модели респираторов оснащены клапаном, который снижает сопротивление на выдохе и помогает отводить тепло и влагу, но при этом выдыхаемый воздух не фильтруется, и окружающие защищены не будут.
Во-вторых, для каждого фильтрующего материала есть такая характеристика, как наиболее проникающий размер частиц, при котором его эффективность резко снижается. Зачастую этот показатель совпадает с характерными размерами частиц в аэрозоле.

«Многие научные коллективы сейчас работают над тем, чтобы сделать средства защиты органов дыхания эффективнее и удобнее, – комментирует начальник отдела нанобиоматериалов и структур Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий Ксения Луканина. – Например, можно повысить качество фильтрации, изменив структуру поверхности волокон фильтра».

Одна из таких модификаций — создание пор. Пористые волокна замедляют скорость воздушного потока, что повысит вероятность захвата частиц (рисунок 1).

Рисунок 1. Примеры пористых волокон / ©Пресс-служба НИЦ Курчатовский институт

Схожий эффект дает использование волокон, покрытых «усиками» нанометрового размера (рисунок 2) или материала, состоящего из смеси волокон, отличающихся диаметрами в десятки раз (рисунок 3). Защита возрастет – однако и дышать в этом случае станет труднее.

Рисунок 2. Углеродные нанотрубки («усики») на полиакрилонитрильных волокнах / ©Пресс-служба НИЦ Курчатовский институт

Перспективно и применение для фильтра многослойных полимерных материалов. Конструкция из четырех слоев с толщиной волокон обеспечила эффективную фильтрацию частиц в диапазоне 50–500 нм – наиболее важном с точки зрения защиты от вируса.

«Классическим методом получения необходимых волокнистых фильтрующих материалов является электроформование (electrospinning), – поясняет профессор МИФИ, ученый секретарь «Росатома» Александр Будыка.

Рисунок 3. Материал, состоящий из смеси волокон нитроцеллюлозы разных диаметров / ©Пресс-служба НИЦ Курчатовский институт

– Современные подходы к этому методу позволяют получать полимерные волокна заданных размеров, совмещать в одном материале волокна разных диаметров, а также контролировать их укладку. В итоге становится возможным создание разнообразных волокнистых структур: от хаотических до системы параллельных волокон».

Так, например, с помощью предложенной ранее учеными из Курчатовского института модификации электроформования возможно не только задать направление укладки волокон, но и при необходимости сменить его. Если расположить проводящие полимерные волокна крест-накрест, получившаяся тонкая сетка не будет затруднять дыхание. А эффективно улавливать частицы поможет разность потенциалов на волокнах. Формировать заряд можно будет с помощью компактного источника питания – небольшой батарейки, закрепленной на респираторе.

Эффективность фильтрации сильно зависит и от плотности прилегания к лицу. Поэтому в будущем для производства респираторов предлагают использовать индивидуальную 3D-печать. С помощью смартфона пользователь может сделать сканы лица, по которым потом будет печататься каркас маски.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт» – одно из крупнейших научных учреждений России. Основанный в 1943 году для создания советского атомного проекта, он стал родоначальником множества новых технологий и научных направлений. Сегодня «Курчатовский институт» – мультидисциплинарный центр с широкими научными интересами и уникальной технической исследовательской базой.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Позавчера, 18:28
Анна Новиковская

Историки долго мучились вопросом, почему древние римляне — те же, что сумели выстроить множество великолепных произведений архитектурного искусства, — с завидной регулярностью изготавливали странно асимметричные игральные кости, похожие на плохо слепленные детские поделки. Теперь у них есть возможный ответ на эту загадку.

Вчера, 18:31
Александра Медведева

Ученые обнаружили новый источник кислорода, который мог повлиять на эволюцию жизни еще до появления фотосинтеза. Оказалось, в сейсмически активных регионах вода при высоких температурах может вступать в реакцию с дефектами на поверхности горных пород, образуя перекись водорода, которая, в свою очередь, может служить источником кислорода для гипертермофильных бактерий.

Вчера, 15:22
Ольга Иванова

Антропологи из США и Великобритании опровергли результаты исследований других ученых, опубликованные в прошлом году, и пришли к выводу, что мозг человека не уменьшался с момента трех тысяч лет назад. Более того, этого, похоже, не происходило с момента появления нашего вида — Homo sapiens.

6 августа
Сергей Васильев

Наблюдения показали, что планеты — мини-нептуны могут терять атмосферу под действием излучения своих звезд, переходя в группу каменистых планет-сверхземель.

Позавчера, 18:28
Анна Новиковская

Историки долго мучились вопросом, почему древние римляне — те же, что сумели выстроить множество великолепных произведений архитектурного искусства, — с завидной регулярностью изготавливали странно асимметричные игральные кости, похожие на плохо слепленные детские поделки. Теперь у них есть возможный ответ на эту загадку.

Вчера, 12:00
НИУ ВШЭ

Федеральная программа материнского капитала (и ее региональные аналоги) действительно приводит к тому, что семьи чаще и быстрее решаются завести второго ребенка. К такому выводу пришли сотрудники Исследовательской рабочей группы по экономико-математическому моделированию демографических процессов факультета экономических наук НИУ ВШЭ.

11 июля
Василий Парфенов

Доступность высококачественных и актуальных данных от спутников дистанционного зондирования Земли растет с каждым годом. Такие компании, как Capella Space и Maxar Technologies, несколько лет подряд предлагают всем желающим беспрецедентно дешевые радарные и оптические снимки земной поверхности высокого разрешения. Это позволяет гражданским аналитикам наблюдать за военными объектами по всему миру и находить интересные артефакты.

2 августа
Александр Березин

Если западным странам удастся «лишить Кремль нефтяных доходов», то мир ждет геополитическое землетрясение. Только не обязательно в ту сторону, о которой вы сейчас подумали. На фоне того, что последует за «лишением», шок 1973 года может показаться детской игрой. Naked Science попробует оценить размах «потолочного катаклизма» заранее.

31 июля
Александр Березин

Саудовский принц одобрил строительство гигантского «лежачего небоскреба», который должен стать крупнейшим зданием в истории. Причем еще и самым экологичным в мире. Пресса и соцсети полны возмущенных оценок: «это антиутопия!», «проект сырой!» и тому подобным. Однако чисто технически это не так: «Зеркальную линию» на пять миллионов жителей вполне можно построить. И такое здание в самом деле будет энергоэффективным (и формально безуглеродным). Но у проекта есть другие слабые места, лежащие скорее в сфере науки, нежели техники. Naked Science попробовал разобраться в деталях.

[miniorange_social_login]

Комментарии

5 Комментариев

Ой, давайте носить скафандры высшей защиты и будем как Мальчик из пузыря
-
0
+
Однако широкое применение новых масок для широких масс населения далеко от реальности. Если даже обычные каждый второй одевает с неохотой, для формальности. 😷
12.11.2021
-
0
+
=== не более десятка таких частиц уже могут содержать минимальную инфицирующую дозу вируса === Это только мне кажется, что при эффективности фильтрации в 94% не более десятка таких частиц наловится буквально за несколько минут? И что, следовательно, для эффективной защиты эффективность фильтрации должна быть несколько девяток?
12.11.2021
-
0
+
Маски-отмазки плохо спасают от ковидла.
    12.11.2021
    -
    0
    +
    Зато их можно продавать, за их отсутствие можно штрафовать, а их наличие успокаивает электорат. Тройной профит! Да, и про перчатки не забываем, только в перчатках вирус победимЪ!
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: