أدى وباء فيروس كورونا إلى زيادة الوعي العام بأهمية استخدام الكمامات للحماية الشخصية، لكن ظلت المشكلة في أن الأقمشة ذات المسام الصغيرة بما يكفي لاحتجاز الفيروسات -التي يبلغ حجمها عادة نحو 100 نانومتر- تقيّد تدفق الهواء، وتسبب إزعاجاً للمستخدمين، إلا أن باحثين من اليابان توصلوا الآن إلى حل لهذه المعضلة.
في دراسة نُشرت بمجلة “ماتريالز أدفانسس” (Materials Advances)، طوَّر باحثون من معهد العلوم الصناعية (IIS) بجامعة طوكيو مرشحاً يمكنه التقاط الجسيمات النانوية مثل الفيروسات دون تقييد كبير لتدفق الهواء، وتم تحقيق هذا من خلال التصميم الدقيق لهيكل المسام في المرشح.
ويتكون المرشح من صفائح نانوية مكونة من شبكة مرتبة من البورفيرينات، وهي جزيئات مسطحة على شكل حلقة مع ثقب مركزي.
الثقوب الصغيرة في جزيئات البورفيرين مصممة بحجم مناسب يسمح بمرور جزيئات الغاز الصغيرة في الهواء بسهولة، بينما تحجب حركة الجسيمات الأكبر مثل الفيروسات، وبعد ذلك يتم دعم الصفائح النانوية على قماش معدل بألياف نانوية تحتوي على مسام بحجم عدة مئات من النانومترات لتشكيل المرشح.
وقال المؤلف الرئيسي للدراسة كازويوكي إيشي، إن بناء الصفائح النانوية القائمة على البورفيرين يتم من خلال تفاعلات واجهية تدفعها حركة المواد المتفاعلة الناتجة عن تدرج التوتر السطحي عند واجهة الهواء والمذيب، والمعروفة باسم “تأثير مارانجوني”، ثم يتم ضغط الصفائح النانوية وطلاؤها على القماش المعدل بالألياف النانوية باستخدام طريقة الختم.
اختبر الفريق مرشحهم باستخدام الإجراء القياسي المستخدم لاختبار كمامات N95. وكشفت نتائج اختبار ترشيح الجسيمات أن المرشح احتجز بفاعلية جسيمات صغيرة بحجم الفيروسات.
وحقق المرشح كفاءة ترشيح للجسيمات بنسبة 96%، وهو ما يتجاوز متطلبات كمامة N95 البالغة 95%.
وأردف إيشي بالقول: “تمكَّن مرشحنا القائم على البورفيرين من جمع جسيمات نانوية بقطر صغير يصل إلى 100 نانومتر. الأهم من ذلك، أظهر المرشح أيضاً انخفاضاً طفيفاً في فرق الضغط في قياسات تدفق الغاز. وهذا يشير إلى أنه قادر على احتجاز جسيمات صغيرة مثل الفيروسات، مع تقييد ضئيل لتدفق الهواء”.
