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 Каждый год на месторождениях происходят десятки плановых остановок скважин для ремонта или профилактики. Чтобы во время простоев предотвратить выброс нефти и газа на поверхность, скважины глушат и закачивают в них специальные жидкости, в качестве которых нередко используют обратные эмульсии. Раньше считалось, что они безвредны и легко удаляются, поэтому, когда после глушения проницаемость уменьшалась, это списывали на другие факторы — например, отложение парафинов. Комплексно не изучалось, как именно эти составы влияют на снижение добычи. Ученые Пермского Политеха изучили обратные эмульсии и впервые объяснили, как они влияют на проницаемость горных пород. Проведенное исследование позволяет заранее определить, насколько опасен тот или иной состав и какой способ очистки сработает лучше. Это поможет нефтяным компаниям минимизировать потери добычи и избежать дорогостоящих восстановительных работ.
Современные авиационные материалы должны быть легкими и сверхпрочными, чтобы выдерживать высокие нагрузки. Для этого в основной металл добавляют другие металлы — их называют легирующими элементами. Они помогают создать сложную внутреннюю структуру: микроскопические кристаллы (зерна), границы между ними и мелкие включения. Именно эти включения могут значительно повысить прочность сплава. Ученые Пермского Политеха создали математическую модель, которая показывает, как такие частицы влияют на поведение материала и внутри зерен, и на их границах. Реакция сплава на экстремальные нагрузки зависит от того, как расположены элементы структуры, а также от размера и состава включений. Модель поможет ускорить разработку новых сплавов: инженеры смогут заранее, на этапе проектирования, оценивать поведение материала и подбирать структуру, которая обеспечит нужные прочность, пластичность и долговечность.
Обычно тела меньше тысячи километров не могут удержать вокруг себя полноценную газовую оболочку: слишком невелика сила тяжести. Несмотря на это, малая планета (612533) 2002 XV93 — диаметром всего полтысячи километров — во время звездного затмения показала, что у нее атмосфера есть. Как это вышло, пока неясно, хотя у астрономов-первооткрывателей и есть пара гипотез.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Полифенолы и другие соединения заваренного кофе в лабораторной модели связывались с ядерным рецептором NR4A1, который участвует в ответе клеток на стресс, воспаление и повреждение. Вещества меняли активность рецептора и тормозили рост опухолевых клеток, а при подавлении рецептора эффект слабел. Ученые предложили молекулярное объяснение части полезных эффектов кофе, но не проверяли их у людей.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Окаменелые остатки рептилии возрастом 289 миллионов лет сохранили полное анатомическое устройство грудной клетки ранних покорителей суши. Благодаря нетронутым хрящам исследователи реконструировали механику первого полноценного реберного дыхания. Наличие в тканях оригинальных белков подтвердило, что сложные органические молекулы способны сохраняться в палеонтологической летописи почти на 100 миллионов лет дольше, чем считалось.
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