Российские ученые предложили новый вид фильтров для респираторов
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.
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).
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.
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.
– 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.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые из МФТИ и ИППИ РАН выяснили, что у квантовых полей вблизи черных дыр (или ускоренно расширяющейся Вселенной) есть «порог нагрева». До этого порога чем выше температура, тем быстрее поле «забывает» свое прошлое. А выше порога нагрев уже не помогает: скорость забывания становится постоянной и определяется не температурой, а самой формой пространства (например, размером горизонта).
Исследователи из МФТИ и Объединенного института высоких температур РАН определили, при каких условиях квазиклассические модели водородной плазмы начинают давать нефизичные результаты. Ученые показали, что при достаточно сильном взаимодействии частиц такие модели перестают правильно учитывать квантовые эффекты, связанные с принципом Паули. В результате в расчетах возникают нефизичные электрон-ионные кластеры, а моделируемая система теряет устойчивость.
Почему один человек легко заводит друзей, а другой предпочитает держаться в стороне? Откуда берется привычка все планировать? Почему некоторые люди сомневаются в себе? Международный коллектив ученых проанализировал данные о геномах миллиона человек и выявил 1260 независимых генетических вариантов, связанных с основными пятью чертами личности человека. Результаты исследования показали, что на индивидуальные особенности личности влияет не только воспитание, опыт и окружающая среда, но также гены.
Группа российских исследователей, в которую вошли океанологи Санкт-Петербургского университета, выявила существование ранее неизвестных механизмов распространения «волн Россби». В ходе работы им удалось зафиксировать точки, где перенос энергии прекращается, а траектории движения воды претерпевают изменения. Дополнительно ученые обнаружили асимметрию в динамике волновых процессов, зарождающихся у западных и восточных прибрежных течений.
Мумии сохраняют следы не только болезней и травм, но и самих процедур, которым подвергали тела после смерти. Компьютерная томография головы мумии, много десятилетий пролежавшей в музее, раскрыла не совсем привычный способ извлечения мозга и другие детали бальзамирования.
Инженеры компании HONOR выпустили смартфон с кремний-углеродной батареей на 7000 миллиампер-часов, сохранив толщину устройства в пределах 7,8 миллиметра. Разработка доказала, что переход на кремниевые аноды окончательно решил проблему громоздких аккумуляторов высокой емкости.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
Сопротивление жителей Европы самой идее употребления насекомых в пищу может иметь эволюционные корни, уходящие вглубь тысячелетий, пришли к выводу авторы нового исследования. Оказалось, предки современных европейцев ели насекомых лишь эпизодически. Кроме того, из-за генетических мутаций они плохо переваривали их экзоскелеты.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно