I den pågående kampen mot covid-19, experter på mikrobiologi och koppar rekommenderar en utökad användning av metallen för att minska virusets spridning. Så kan koppar ingå i konstruktionen av masker, det allmänt accepterade virusbekämpande personliga föremålet?

Det är vad Jing Zhang från School of Engineering and Technology vid IUPUI och ett team av forskare gör, använda en kopparbeläggning på 3-D-tryckta plastfilter för att skapa effektivare masker och andningsskydd.

"En studie 2015, finansierat av det amerikanska försvarsdepartementet, sa att en kopparlegering kan döda 58 procent av infektionerna, sa Zhang, en docent vid institutionen för maskin- och energiteknik. "Vi kan använda kopparplätering för att täcka ytor som ofta berörs som dörrhandtag och hissknappar; det inspirerade mig att se hur vi kunde kombinera det som ser ut som nästan en magisk metall till en maskdesign."

Utmaningen var att hitta en struktur som blockerar små aerosolpartiklar samtidigt som den ger ordentlig ventilation för andning, och naturen hade ett svar — gälarna på fiskar. Gälar tillåter fisk att dra syre från vatten, och den designen är inkorporerad i prototypmasken.

"Vi vet hur naturen fungerar, så vi var tvungna att ta reda på hur vi kunde göra det till en konstgjord struktur, sa Zhang, vars forskningsintressen inom 3-D-printing kom in i bilden.

I prototypen, en ring med V-formade fenor, "en struktur som är analog med gälfilamentet, designades för att öka ytan där luft passerar genom fler kanaler. Två tillvägagångssätt för att skapa som är att använda en grön laser-metall 3-D-skrivare för att direkt reproducera den komplexa kopparstrukturen eller, på ett ännu mer ekonomiskt sätt att skapa designen, 3D-utskrift av en plaststruktur följt av galvanisering, där den 3-D-tryckta plastkomponenten slås samman i en flytande lösning full av kopparjoner och jonerna migreras och täcker ytan under elektriskt fält.

Samarbetspartner Jingzhi Pu, från Institutionen för kemi och kemisk biologi vid Institutionen för naturvetenskap vid IUPUI, fortsätter att titta på hur kopparjoner avaktiverar virusets funktion med hjälp av simuleringar av molekylär dynamik. Medarbetare Ryan Ford Relich, chef för klinisk mikrobiologi och serologi vid Eskenazi Health, hjälper till med laboratorietester som förhoppningsvis kommer att leda till en fungerande prototyp i oktober. Doktorander i Zhangs grupp, Xuehui Yang och Tejesh Dube, hjälper också till med projektet.

"Jag tror att det här kan användas dagligen samtidigt som det kan tillämpas på andra system, såsom luftventiler i byggnader och flygplan, som kräver långvarig användning, " sade Zhang. "Koppar är återanvändbart och lätt att rengöra, mycket prisvärd, och miljövänligt."