ماسک‌ها یکی از مهم‌ترین ابزار مقابله با پاندمی کووید-۱۹ محسوب میشوند. با این حال، استفاده یا دفع نامناسب ماسک‌ها ممکن است منجر به انتقال ثانویه ویروس شود.
ماسک‌های جراحی رایج ضد باکتری نیستند. وقتی مردم سطح آلوده ماسک‌های جراحی استفاده شده را لمس کرده یا آن‌ها را بطور نامناسبی دفع می‌کنند می‌توانند خطر انتقال ثانویه عفونت باکتریایی را افزایش دهند. علاوه‌براین، پارچه‌های مذاب که به عنوان فیلتر باکتری استفاده میشوند، بر محیط زیست تأثیر می‌گذارند، زیرا تجزیه آن‌ها دشوار است. بنابراین، دانشمندان به دنبال مواد جایگزین برای ساخت ماسک هستند.
یک گروه تحقیقاتی در دانشگاه سیتی هنگ کنگ با موفقیت ماسک‌های گرافنی با کارایی ۸۰% ضد باکتری ساخته‌اند. کارایی این نوع ماسک‌ها با قرار گرفتن در معرض خورشید به مدت ۱۰ دقیقه تقریبا تا ۱۰۰% افزایش می‌یابد. آزمایش‌های اولیه نتایج امیدوارکننده‌ای در غیرفعال کرده دو گونه ویروس کرونا نشان داده است. ماسک‌های گرافنی مقرون به صرفه بوده و می‌توانند به رفع مشکل منابع مواد خام و دفع ماسک‌های غیر قابل تجزیه زیستی کمک کنند.
گرافن چیست؟
گرافن (Graphene) چیزی جز یک لایه گرافیت نیست! گرافن نامِ یکی از آلوتروپ‌هایِ کربن است که ساختاری دو بعدی دارد. به عبارت دیگر اتم‌ها در صفحه‌ای تخت (مثل توپ‌های بازی بیلیارد روی میز) جای گرفته‌اند. به هرکدام از این صفحات گرافیت که به شکل شش ضلعی به یکدیگر متصل هستند، گرافن گفته میشود. هر لایه گرافن، ضخامتی به اندازه قطر یک اتم دارد که از حلقه‌های کربنی شش وجهی (Hexagonal) ساخته شده‌اند و ساختاری لانه زنبوری را پدید می‌آورند.
هر لایه گرافن دارد، یعنی اگر شما بخواهید ساختاری گرافنی با قطر حدود یک میلی‌متر بسازید نیاز به 3 میلیون لایه گرافن دارید.
به دلیل نیروی بسیار زیاد پیوند های کووالانسی، گرافن با وجود نازک بودن، بسیار مقاوم و مستحکم است.
تبدیل مواد دیگر به گرافن با لیزر
این تحقیق توسط دکتر Ye Ruquan استادیار دانشگاه سیتی انجام شده است. چند سال پیش Ye و همکارانش در دانشگاه رایس راهی ساده برای تولید گرافن کشف کرد. آن‌ها فهمیدند که نوشتن مستقیم روی فیلم‌های پلی‌آمید حاوی کربن با استفاده از سیستم لیزر مادون قرمز CO۲ تجاری می‌تواند گرافن متخلخل سه‌بعدی تولید کند. لیزر ساختار ماده خام را تغییر داده و از این رو گرافن تولید می‌کند. به همین علت است که گرافن تحریک شده با لیزر نام گرفته است.
گرافن با خواص ضد باکتریایی شناخته میشود. این گروه تحقیقاتی گرافن تحریک شده با لیزر خود را با باکتری E.coli آزمایش کرده و به کارایی ۸۲% ضدباکتریایی دست یافتند. در مقایسه با آن، کارآیی ضد باکتریایی الیاف کربن فعال و الیاف ذوب شده، که هردو مواد رایج در ماسک‌ها هستند، به ترتیب ۲% و ۹% بود. نتایج آزمایش همچنین نشان داده که بیش از ۹۰% ای. کولای داخل ماسک معمولی بعد از ۸ ساعت همچنان فعال مانده است در حالیکه بیشتر ای. کولای وارد شده به سطح گرافن بعد از ۸ ساعت از بین می‌رود. بعلاوه، گرافن تحریک شده با لیزر ظرفیت ضد باکتریایی عالی برای باکتری آئروسل شده نشان داده است.
گروه بیان کرد که تحقیقات بیشتری در مورد مکانیسم دقیق از بین بردن باکتری‌های گرافن مورد نیاز است. این گروه معتقد است آسیب به غشای باکتری یا کم‌آبی ایجاد شده با گرافن ممکن است به باکتری صدمه زده و آن را از بین ببرد.
ماسک‌های گرافن لیزری قابل استفاده مجدد هستند. اگر از مواد زیستی برای تولید گرافن استفاده شود، می‌توان به حل مشکل تهیه مواد اولیه ماسک کمک کرد. این موضوع می‌تواند اثرات زیست محیطی ناشی از ماسک‌های یکبار مصرف غیر قابل تجزیه بیولوژیکی را کاهش دهد.
دکتر Ye تولید گرافن ناشی از لیزر را «یک روش سبز» توصیف کرد. تمام مواد حاوی کربن مانند سلولز یا کاغذ را با این روش می‌توان به گرافن تبدیل کرد. این تبدیل را می‌توان در شرایط محیطی، بدون استفاده از مواد شیمیایی یا ایجاد آلودگی و با مصرف کم انرژی انجام داد.
تولید ماسک توسط هایدال
شرکت هایدال به تازگی خبر از تولید ماسک‌های گرافنی با قابلیت شستشو توسط شریک تجاری این شرکت داده است، ماسک‌هایی که در آن‌ها از جوهر گرافنی استفاده شده است.
شرکت هایدال گرافن اینداستریز (Haydale Graphene Industries) اعلام کرد که شریک تجاری هایدال تولید ماسک‌های صورت را آغاز می‌کند، ماسک‌هایی که در آن‌ها از گرافن شرکت هایدال استفاده شده است.
هایدال گفته است که IRPC، به‌عنوان شریک تجاری هایدال، پروژه توسعه‌ای خود را با او به اتمام رسانده و تولید ماسک پارچه‌ای تقویت‌شده با گرافن با قابلیت شستشو را آغاز کرده است.
IRPC سفارش ۲۰۰ کیلوگرم جوهر گرافنی از شرکت هایدال را پیش‌بینی کرده است. البته این ماسک‌های صورت در حال حاضر برای استفاده داخلی در گروه IRPC تولید میشوند که احتمالا برای سال ۲۰۲۱ این ماسک‌ها برای استفاده عموم عرضه میشوند.
این شرکت باید ویژگی‌های طراحی ماسک را در سال ۲۰۲۱ مورد ارزیابی مجدد قرار دهد، زمانی‌که ماسک‌ها از نظر عواملی مانند کارایی فیلتراسیون ویروسی (VFE)، حفاظت در برابر پرتو فرابنفش و حفاظت EMC لازم به بررسی باشند.
کیت برودبنت مدیر اجرایی هایدال می‌گوید: «ما خوشحالیم که می‌توانیم ماسک‌های پارچه‌ای قابل شستشو تقویت‌شده با گرافن را وارد مرحله تولید کنیم. با رشدی که در بازار تجهیزات حفاظت شخصی دیده‌ایم، پتانسیل بزرگی در این زمینه پیش‌بینی می‌کنیم.»
