การเคลือบด้วยกราฟีนช่วยให้หน้ากากผ่าตัดฆ่าเชื้อและนำกลับมาใช้ใหม่ได้ง่ายขึ้นหรือไม่ ตามที่ทีมนักวิจัยจากThe Hong Kong Polytechnic University (PolyU)คำตอบคือใช่ นำโดยGuijun Li จาก แผนกวิศวกรรมอุตสาหการและระบบของ PolyU ทีมงานได้พัฒนากระบวนการผลิตด้วยเลเซอร์ที่ฝากแผ่นคาร์บอนสองสามชั้นลงบนหน้ากากแบบไม่ทอที่มีจำหน่ายทั่วไป สารเคลือบทำให้มาสก์
มีคุณสมบัติเหนือน้ำมาก ซึ่งช่วยลดโอกาส
ที่หยดติดเชื้อจะเกาะติด ขณะที่คุณสมบัติดูดซับแสงอย่างแรงของกราฟีนทำให้สามารถฆ่าเชื้อได้เมื่อสัมผัสกับแสงแดดเพื่อป้องกันการระบาดของ COVID-19 เจ้าหน้าที่สาธารณสุขแนะนำให้ประชาชนสวมหน้ากากอนามัยในที่สาธารณะ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสถานการณ์ที่การเว้นระยะห่างทางกายภาพเป็นเรื่องยากหรือเป็นไปไม่ได้ แม้ว่าหน้ากากชนิดใดๆ ก็ตามย่อมดีกว่าไม่มีหน้ากากเลย แต่ความเห็นเป็นเอกฉันท์ก็คือหน้ากากผ่าตัดที่ทำจากเส้นใยโพลีเมอร์นอนวูฟเวนเป็นประเภทที่ดีที่สุดสำหรับการใช้อย่างแพร่หลายนอกสถานพยาบาล
อย่างไรก็ตาม หน้ากากดังกล่าวมีข้อจำกัด ในขณะที่ช่วยป้องกันไวรัส (รวมถึง SARS-CoV-2 ซึ่งเป็นสาเหตุของการแพร่ระบาดในปัจจุบัน) ไม่ให้เข้าไปในจมูกและปากของผู้สวมใส่ผ่านทางละอองที่เกิดขึ้นเมื่อผู้ติดเชื้อจาม ไอ หรือพูดคุย ละอองของไวรัสมักจะยังคงอยู่บนหน้ากาก . ซึ่งหมายความว่าต้องทิ้งหน้ากากหลังการใช้แต่ละครั้งหรือฆ่าเชื้อก่อนนำกลับมาใช้ใหม่ ไม่มีตัวเลือกใดที่น่าดึงดูดใจ เนื่องจากมาสก์ที่ทำจากโพลีเมอร์นั้นฆ่าเชื้อได้ยากแม้จะใช้ไอน้ำ แต่การละทิ้งถือเป็นความท้าทายด้านสิ่งแวดล้อม อุปกรณ์ป้องกันประมาณ 40 ล้านชิ้นที่ผลิตขึ้นทั่วโลกทุกวัน คิดเป็นปริมาณขยะ 15,000 ตันต่อวัน ซึ่งส่วนใหญ่จะต้องถูกเผาทิ้ง ซึ่งจะเพิ่มการปล่อยคาร์บอน
พื้นผิวที่ไม่ชอบน้ำทางออกหนึ่งที่เป็นไปได้
คือการทำมาสก์ที่ไม่ชอบน้ำ ซึ่งหมายความว่าพวกมันสามารถขับไล่ของเหลวที่เป็นน้ำได้อย่างมาก ก่อนหน้านี้นักวิจัยได้สร้างพื้นผิวที่มีโครงสร้างนาโนที่ไม่ชอบน้ำขั้นสูงสุดจากวัสดุต่างๆ เช่น โพลีเมอร์ที่มีฟลูออรีน ลวดนาโนที่เป็นโลหะ และล่าสุดคือ กราฟีน วัสดุเหล่านี้บางส่วนอาจมีการใช้งานทางการแพทย์ แต่ตาม Li ศักยภาพของพวกมันยังไม่ได้รับการสำรวจอย่างเต็มที่ “เท่าที่เราทราบ วัสดุดังกล่าวไม่เคยถูกนำมาใช้กับหน้ากากผ่าตัดมาก่อน” เขากล่าว
Li และเพื่อนร่วมงานเริ่มต้นด้วยการสังเคราะห์กราฟีนโดยใช้เทคนิคเลเซอร์ต้นทุนต่ำซึ่งให้ความร้อนแก่สารตั้งต้น เช่น polyimide, SPEEK และ Bakelite พวกเขาสร้างแผ่นคาร์บอนที่ไม่ชอบน้ำโดยการควบคุมพารามิเตอร์ระหว่างการประมวลผลด้วยเลเซอร์
ต่อไป พวกเขาใช้เทคนิคใหม่ที่พัฒนาขึ้นในห้องปฏิบัติการ เพื่อวางกราฟีนสองสามชั้นลงบนหน้ากากผ่าตัดเชิงพาณิชย์ กระบวนการใหม่นี้เรียกว่าการถ่ายโอนไปข้างหน้าด้วยเลเซอร์แบบสองโหมด (LIFT) และใช้ลำแสงเลเซอร์แบบพัลซิ่งที่มีระยะเวลาพัลส์ 10 ns ความยาวพัลส์สั้นนี้หมายความว่าโมเมนตัมของโฟตอนสูงพอที่จะถ่ายโอนกราฟีนโดยไม่เพิ่มอุณหภูมิของหน้ากากอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งเป็นจุดสำคัญ Li อธิบาย เนื่องจากจุดหลอมเหลวของเส้นใยโพลีเมอร์ในหน้ากากมีเพียง 130 °C วิธีการ LIFT ยังเข้ากันได้กับระบบม้วนต่อม้วน ซึ่งหมายความว่าสามารถรวมเข้ากับสายการผลิตการผลิตหน้ากากอัตโนมัติที่มีอยู่ได้อย่างง่ายดาย เขากล่าวเสริม
หยดน้ำกลิ้งออกLi บอก Physics World เนื่องจาก
กราฟีนมีคุณสมบัติที่ไม่ชอบน้ำเป็นพิเศษ จึงสามารถทำความสะอาดตัวเองได้เหมือนใบบัว แท้จริงแล้ว หยดน้ำจะกลิ้งออกจากพื้นผิวของหน้ากากอย่างอิสระก่อนที่จะมีเวลาเกาะติดประโยชน์อีกประการหนึ่งที่นักวิจัยกล่าวคือ พวกเขาสามารถฆ่าเชื้อหน้ากากที่เคลือบด้วยกราฟีนได้ง่ายๆ โดยปล่อยให้โดนแสงแดดเป็นเวลา 40-100 วินาที สิ่งนี้เป็นไปได้เนื่องจากกราฟีนดูดซับแสงได้มากกว่า 95% ตลอดสเปกตรัมแสงอาทิตย์ตั้งแต่ 300–2500 นาโนเมตร ดังนั้นหน้ากากที่เคลือบจึงเพิ่มอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว ถึง 70°C หลังจาก 40 วินาทีของการส่องสว่างจากแสงอาทิตย์
และมากกว่า 80°C หลังจาก 100 วินาที . ซึ่งสูงพอที่จะยับยั้งไวรัสได้เกือบทุกประเภท หมายความว่าหน้ากากสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้หรือ (หากเสียหาย) รีไซเคิลได้อย่างปลอดภัย ในทางตรงกันข้าม มาสก์ที่ไม่มีการเคลือบกราฟีนจะไม่แสดงผลจากความร้อนด้วยแสง เนื่องจากหน้ากากดูดซับแสงแดดได้เพียงเล็กน้อยเท่านั้น Li อธิบาย แม้หลังจากให้แสงสว่างจากแสงอาทิตย์เป็นเวลา 5 นาทีแล้ว อุณหภูมิของพวกมันก็ยังไม่เกิน 50 °C
ตัวกรองกราฟีนมีขนาดใหญ่การทดสอบความสามารถในการต้านไวรัสValentina PalmieriนักวิจัยจากInstitute for Complex Systems ของอิตาลี ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษาของ PolyU ยกย่องทีมของ Li ที่พัฒนาวิธีการถ่ายโอนกราฟีนไปยังหน้ากากผ่าตัด และกล่าวว่าการใช้คุณสมบัติการดูดกลืนแสงของกราฟีนในการรีไซเคิลและฆ่าเชื้อนั้น “แนวทางที่เป็นไปได้” ในฐานะผู้เขียนบทความล่าสุดเรื่อง“กราฟีนสามารถมีส่วนร่วมในการต่อสู้กับ COVID-19 ได้หรือไม่”Palmieri ชี้ให้เห็นว่ากระบวนการที่ใช้แสงแบบเดียวกันนี้สามารถนำมาใช้ในการฆ่าเชื้อตัวกรองอากาศที่เคลือบด้วยกราฟีนได้ เธอยังตั้งข้อสังเกตอีกว่ามีการใช้กราฟีนพื้นที่ผิวขนาดใหญ่เพื่อสร้างเซ็นเซอร์ที่ฝังอยู่ในสิ่งทอแล้ว เช่นเดียวกับแพลตฟอร์มที่ใช้การคอนจูเกตของแอนติบอดีเพื่อวินิจฉัยโรค ในบางกรณี วัสดุนาโนเองก็แสดงความสามารถในการต้านไวรัส
ทีม PolyU ซึ่งรายงานการทำงานของพวกเขาในACS Nanoกล่าวว่าพวกเขาประสบความสำเร็จในการทดสอบ LIFT graphene กับแบคทีเรียE. coli ตอนนี้พวกเขาวางแผนที่จะทดสอบหน้ากากที่เคลือบด้วยกราฟีนเพื่อต่อต้านไวรัส ซึ่งรวมถึง SARS-CoV-2
ในบรรดาอนุภาคที่เคยใช้สร้างอะตอมที่ผิดปกติเหล่านี้ ได้แก่ มิวออน ซึ่งมีมวลมากกว่าอิเล็กตรอนประมาณ 200 เท่า แต่มีคุณสมบัติเหมือนกัน ในปี 2010 Randolf Pohlและเพื่อนร่วมงานที่Max Planck Institute of Quantum Optics (MPQ) ในเมือง Garching ประเทศเยอรมนี ได้ทำการตรวจวัดทางสเปกโตรสโกปีของไฮโดรเจนมิวนิก พวกเขาใช้ข้อมูลของตนให้เกิดผลสูงสุด โดยคำนวณค่ารัศมีประจุของโปรตอนซึ่งไม่ตรงกันกับค่าที่ยอมรับในตอนนั้น และบังคับให้กลุ่มอื่นๆ พยายามแก้ไขความคลาดเคลื่อน
