Virus kan spridas inte bara via droppar eller aerosoler som det nya coronaviruset, men i vatten, för. Faktiskt, några potentiellt farliga patogener av gastrointestinala sjukdomar är vattenburna virus.

Hittills, sådana virus har tagits bort från vatten genom nanofiltrering eller omvänd osmos, men till höga kostnader och allvarlig påverkan på miljön. Till exempel, nanofilter för virus är gjorda av petroleumbaserade råvaror, medan omvänd osmos kräver en relativt stor mängd energi.

Miljövänligt membran utvecklat

Nu är ett internationellt team av forskare ledd av Raffaele Mezzenga, Professor i mat och mjuka material vid ETH Zürich, har utvecklat ett nytt vattenfiltermembran som är både mycket effektivt och miljövänligt. För att tillverka den, forskarna använde naturliga råvaror.

Filtermembranet fungerar enligt samma princip som Mezzenga och hans kollegor utvecklade för att ta bort tunga eller ädla metaller från vatten. De skapar membranet med hjälp av denaturerade vassleproteiner som sätts samman till små filament som kallas amyloidfibriller. I det här fallet, forskarna har kombinerat denna fibrillställning med nanopartiklar av järnhydroxid (Fe-O-HO).

Att tillverka membranet är relativt enkelt. För att producera fibrillerna, vassleproteiner som härrör från mjölkbearbetning tillsätts till syra och värms upp till 90 grader Celsius. Detta gör att proteinerna sträcker sig och fäster vid varandra, bildar fibriller. Nanopartiklarna kan produceras i samma reaktionskärl som fibrillerna:forskarna höjer pH och tillsätter järnsalt, får blandningen att sönderfalla till nanopartiklar av järnhydroxid, som fäster vid amyloidfibrillerna. För denna applikation, Mezzenga och hans kollegor använde cellulosa för att stödja membranet.

Denna kombination av amyloidfibriller och nanopartiklar av järnhydroxid gör membranet till en mycket effektiv och effektiv fälla för olika virus som finns i vatten. Den positivt laddade järnoxiden attraherar elektrostatiskt de negativt laddade virusen och inaktiverar dem. Amyloidfibriller ensamma skulle inte kunna göra detta eftersom, som viruspartiklarna, de är också negativt laddade vid neutralt pH. Dock, fibrillerna är den idealiska matrisen för järnoxidnanopartiklarna.

Olika virus elimineras mycket effektivt

Membranet eliminerar ett brett spektrum av vattenburna virus, inklusive icke-höljeförsedda adenovirus, retrovirus och enterovirus. Denna tredje grupp kan orsaka farliga gastrointestinala infektioner, som dödar omkring en halv miljon människor – ofta små barn i utvecklings- och tillväxtländer – varje år. Enterovirus är extremt sega och syraresistenta och förblir i vattnet under mycket lång tid, så filtermembranet borde vara särskilt attraktivt för fattigare länder som ett sätt att förhindra sådana infektioner.

Dessutom, membranet eliminerar också H1N1-influensavirus och till och med det nya SARS-CoV-2-viruset från vattnet med stor effektivitet. I filtrerade prover, koncentrationen av de två virusen var under detektionsgränsen, vilket motsvarar nästan fullständig eliminering av dessa patogener.

"Vi är medvetna om att det nya coronaviruset huvudsakligen överförs via droppar och aerosoler, men egentligen, även i denna skala, viruset kräver att det är omgivet av vatten. Det faktum att vi kan ta bort det mycket effektivt från vatten understryker på ett imponerande sätt den breda användbarheten av vårt membran, säger Mezzenga.

Medan membranet främst är utformat för användning i avloppsreningsverk eller för rening av dricksvatten, det kan också användas i luftfiltreringssystem eller till och med i masker. Eftersom den uteslutande består av ekologiskt sunda material, det kunde helt enkelt komposteras efter användning – och dess produktion kräver minimal energi. Dessa egenskaper ger det ett utmärkt miljöavtryck, som forskarna också påpekar i sin studie. Eftersom filtreringen är passiv, det kräver ingen extra energi, som gör dess verksamhet koldioxidneutral och möjlig att använda i alla sociala sammanhang, från stads- till landsbygdssamhällen.