Under covid-19-pandemin, människor har blivit vana vid att bära ansiktsmasker, men många beläggningar är ömtåliga och inte lätta att desinficera. Metallskum är hållbara, och deras små porer och stora ytareor tyder på att de effektivt kan filtrera bort mikrober. Nu, forskare som rapporterar i ACS' Nanobokstäver har förvandlat nanotrådar av koppar till metallskum som kan användas i ansiktsmasker och luftfiltreringssystem. Skummen filtrerar effektivt, dekontamineras lätt för återanvändning och är återvinningsbara.

När en person med en luftvägsinfektion, såsom SARS-CoV-2, hostar eller nyser, de släpper ut små droppar och aerosoliserade partiklar i luften. Partiklar mindre än 0,3 μm kan förbli luftburna i timmar, så material som kan fånga in dessa små partiklar är idealiska för användning i ansiktsmasker och luftfilter. Men vissa befintliga filtermaterial har nackdelar. Till exempel, glasfiber, kolnanorör och polypropenfibrer är inte tillräckligt hållbara för att genomgå upprepade dekontamineringsprocedurer, medan vissa förlitar sig på elektrostatik så att de inte kan tvättas, leder till stora mängder avfall. Nyligen, Forskare har utvecklat metallskum med mikroskopiska porer som är starkare och mer motståndskraftiga mot deformation, lösningsmedel, och höga temperaturer och tryck. Så, Kai Liu och kollegor ville utveckla och testa kopparskum för att se om de effektivt kunde ta bort aerosoler i submikronstorlek samtidigt som de var tillräckligt hållbara för att dekontamineras och återanvändas.

Forskarna tillverkade metallskum genom att skörda galvaniskt utfällda nanotrådar av koppar och gjuta dem i ett fristående 3D-nätverk, som stelnade med värme för att bilda starka bindningar. Ett andra kopparskikt tillsattes för att ytterligare stärka materialet. I tester, kopparskummet höll sin form vid tryck och vid höga lufthastigheter, vilket tyder på att det är hållbart för återanvändbara ansiktsmasker eller luftfilter och kan rengöras med tvätt eller tryckluft. Teamet fann att metallskummet hade utmärkt filtreringseffektivitet för partiklar inom storleksintervallet 0,1-1,6 μm, som är relevant för att filtrera bort SARS-CoV-2. Deras mest effektiva material var en 2,5 mm tjock version, med koppar som tar upp 15 % av volymen. Detta skum hade en stor yta och fångade 97 % av 0,1-0,4 μm aerosoliserade saltpartiklar, som vanligtvis används i ansiktsmasktester.

Enligt lagets beräkningar, andningsförmågan hos deras skum var i allmänhet jämförbar med den hos kommersiellt tillgängliga ansiktsmasker av polypropen N95. Eftersom det nya materialet är kopparbaserat, filtren ska vara resistenta mot rengöringsmedel, möjliggör många desinfektionsalternativ, och dess antimikrobiella egenskaper hjälper till att döda fångade bakterier och virus, säger forskarna. Dessutom, de är återvinningsbara. Forskarna uppskattar att materialen skulle kosta runt $2 per mask för närvarande, och desinfektion och återanvändning skulle förlänga deras livslängd, gör dem ekonomiskt konkurrenskraftiga med nuvarande produkter.