Khẩu trang y tế nano: Tiêu diệt được mọi mầm bệnh và tái sử dụng

Là một phần trong nỗ lực ngăn chặn đại dịch COVID-19, khẩu trang y tế đang được sử dụng ở khắp mọi nơi trên thế giới. Hiệu quả tương đối của chúng là điều không còn phải bàn cãi, nhưng việc sử dụng rộng rãi khẩu trang y tế cũng gây ra một số vấn đề.

Thứ nhất, khẩu trang y tế dùng một lần có thể trở thành một loại rác khó phân hủy mới. Chúng ta biết chúng được làm từ các lớp vi sợi nhựa polypropylene để có thể chống nước và ngăn chặn giọt bắn. Hơn nữa, khẩu trang hiện đơn thuần chỉ là những chiếc bẫy mầm bệnh bám vào thay vì tiêu diệt chúng.

"Trong bệnh viện, những chiếc khẩu trang này sau khi dùng xong sẽ được bỏ vào thùng rác đặc biệt và xử lý giống với rác thải y tế", László Forró, người đứng đầu Phòng thí nghiệm Vật lý Vật chất Phức tạp của Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sỹ Lausanne cho biết.

"Tuy nhiên, việc sử dụng chúng ở bên ngoài thế giới rộng lớn hơn như hiện nay - nơi chúng được ném vào các thùng rác mở và thậm chí bị bỏ lại trên đường phố - có thể biến khẩu trang y tế thành một nguồn ô nhiễm mới".

Khẩu trang y tế hiện nay đang có nguy cơ trở thành một rác thải nhựa mới.

Các nhà nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của Forró đang nghiên cứu một giải pháp đầy hứa hẹn cho vấn đề này: Họ muốn chế tạo ra một màng làm bằng dây nano oxit titan có bề ngoài tương tự như lớp giấy lọc của khẩu trang y tế. Nhưng lớp vật liệu nano này không chỉ bẫy mầm bệnh, bao gồm cả virus SARS-CoV-2 trên đó mà còn có thể tiêu diệt chúng.

Nano oxit titan dạng dây hoạt động bằng cách sử dụng các đặc tính quang xúc tác của vật liệu. Khi các dây nano oxit titan tiếp xúc với bức xạ tia cực tím, nó có thể xúc tác để biến hơi nước trên khẩu trang thành các chất oxy hóa như hydrogen peroxide, hay còn gọi là oxy già. Các chất oxy hóa này đã được biết đến với khả năng tiêu diệt mầm bệnh một cách tuyệt đối.

"Vì bộ lọc của chúng tôi có khả năng hút ẩm đặc biệt tốt, nên nó có thể giữ lại các giọt nước mang virus và vi khuẩn", Forró giải thích. "Điều này tạo ra một môi trường thuận lợi cho quá trình oxy hóa được kích hoạt bởi ánh sáng".

Thử nghiệm chế tạo loại vật liệu mới này, nhóm nghiên cứu của Forró đã đăng kết quả trên tạp chí Advanced Function Materials. Trong đó, họ mô tả các thí nghiệm chứng minh khả năng tiêu diệt vi khuẩn E. coli của vật liệu lọc nano oxit titan.

Chỉ trong vài giây đồng hồ tiếp xúc với tia cực tím tương tự điều kiện ánh sáng mặt trời, vật liệu của Forró đã có thể bẻ gãy các sợi DNA và tiêu diệt mầm bệnh tham chiếu.

Kích thước mắt của vật liệu nano oxit titan có thể chặn được cả virus corona.

Dựa trên những kết quả này, các nhà nghiên cứu khẳng định quá trình tương tự có thể xảy ra với nhiều loại virus bao gồm cả SARS-CoV-2. Kịch bản là khi một người đeo khẩu trang và tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, vật liệu lọc của nó từ nano oxit titan có thể diệt virus chỉ trong vài giây.

Quá trình này hiệu quả hơn việc chỉ phơi khẩu trang dưới ánh nắng. Chúng ta biết tia cực tím bản thân nó cũng có thể diệt được virus, nhưng quá trình này vẫn mất nhiều thời gian và phơi khẩu trang dưới nắng có thể khiến nó bị hỏng bởi nhiệt.

Ngược lại, việc sử dụng lớp lọc nano oxit titan để xúc tác hơi nước đọng trên đó thành chất oxy hóa virus là hiệu quả và tiết kiệm thời gian hơn.

Quan trọng nhất, các nhà nghiên cứu cho thấy tính khả thi của việc sản xuất vật liệu nano oxit titan trên quy mô lớn. Họ cho biết ngay phòng thí nghiệm nhỏ của mình, mỗi tuần cũng có thể sản xuất ra 200 m2 giấy lọc, đủ để sử dụng cho 20.000 chiếc khẩu trang y tế.

Hơn nữa, nếu được trang bị lớp lọc khử khuẩn và virus này, những chiếc khẩu trang có thể được tái sử dụng hàng nghìn lần. Điều này sẽ giảm bớt sự thiếu hụt và giảm đáng kể lượng chất thải chúng ta xả ra môi trường.

Một phòng thí nghiệm nhỏ cũng có thể sản xuất 20.000 lớp lọc một tuần.

Với những người lo ngại chúng ta có thể hít vào các hạt nano bung ra từ loại khẩu trang này, các nhà khoa học cho biết họ đã điều chỉnh quy trình sản xuất để nung các dây nano titan đến khi chúng ổn định và không thể bị tan rã.

Vào thời điểm bài báo khoa học được công bố, đã có một start-up của Thụy Sỹ có tên là Swoxid sẵn sàng ký hợp đồng chuyển giao công nghệ với Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sỹ Lausanne để thương mại hóa sản phẩm này.

"Các màng lọc nano titan oxit dạng dây cũng có thể được sử dụng để xử lý không khí ô nhiễm như trong các hệ thống thông gió và điều hòa không khí, cũng như trong các thiết bị bảo hộ cá nhân", Endre Horváth, đồng sáng lập Swoxid cho biết.

Tham khảo Epfl