Membrana filtra čini viruse bezopasnima

By Peter Rüegg

Istraživači u ETH Zurichu razvijaju novu membranu filtra koja je vrlo učinkovita u filtriranju i inaktivaciji širokog raspona zračnihi vode-borne virusa. Izrađena od ekološki prihvatljivih materijala, membrana ima prikladno dobru zavistronmental otisak stopala.

Virusi se mogu širiti ne samo kapljicama ili aerosolima poput novog koronavirusa, već iu vodi. Zapravo, neki potencijalno opasni patogeni gastrointestinalnih bolesti su virusi koji se prenose vodom.

Do danas su takvi virusi uklonjeni iz vode pomoću nanofiltracije ili reverzne osmoze, ali uz visoku cijenu i ozbiljan utjecaj na okoliš. Na primjer, nanofiltri za viruse izrađeni su od sirovina na bazi nafte, dok reverzna osmoza zahtijeva relativno veliku količinu energije.

Razvijena ekološki prihvatljiva membrana
Sada je međunarodni tim istraživača na čelu s Raffaele Mezzenga, profesorom hrane i mekih materijala na ETH Zurichu, razvio novu membranu filtra za vodu koja je i vrlo učinkovita i ekološki prihvatljiva. Da bi ga proizveli, istraživači su koristili prirodne sirovine.

Membrana filtra radi na istom principu koji su Mezzenga i njegovi kolege razvili za uklanjanje teških ili plemenitih metala iz vode. Oni stvaraju membranu koristeći denaturirane proteine sirutke koji se skupljaju u minutne filamente zvane amiloidni fibrili. U ovom slučaju, istraživači su kombinirali ovu fibrilu skelu s nanočesticama željeznog hidroksida (Fe-O-HO).

Proizvodnja membrane je relativno jednostavna. Za proizvodnju fibrila, proteini sirutke dobiveni preradom mlijeka dodaju se kiselini i zagrijavaju na 90 stupnjeva Celzija. To uzrokuje da se proteini protežu i vežu jedni za druge, tvoreći fibrile. Nanočestice se mogu proizvesti u istoj reakcijskoj posudi kao i fibrili: istraživači podižu pH i dodaju željeznu sol, uzrokujući da se smjesa "raspadne" u nanočestice željeznog hidroksida, koje se pričvršćuju na fibrile amiloida. Za ovu aplikaciju, Mezzenga i njegovi kolege koristili su celuloza kako bi podržali membranu.

Ova kombinacija amiloidnih fibrila i nanočestica željeznog hidroksida čini membranu vrlo učinkovitom i učinkovitom zamkom za različite viruse prisutne u vodi. Pozitivno nabijeni željezni oksid elektrostatički privlači negativno nabijene viruse i inaktivira ih. Samo amiloidni fibrili to ne bi mogli učiniti jer su, poput virusnih čestica, također negativno nabijeni na neutralni pH. Međutim, fibrili su idealna matrica za nanočestice željeznog oksida.

Različiti virusi eliminirani vrlo učinkovito
Membrana eliminira širok raspon virusa koji se prenose vodom, uključujući neotkrivene adenoviruse, retroviruse i enteroviruse. Ova treća skupina može uzrokovati opasne gastrointestinalne infekcije, koje svake godine ubiju oko pola milijuna ljudi - često male djece u zemljama u razvoju i zemljama u nastajanju. Enterovirusi su izuzetno žilavi i otporni na kiseline i ostaju u vodi jako dugo, tako da bi membrana filtra trebala biti posebno atraktivna siromašnijim zemljama kao način da se spriječe takve infekcije.

Štoviše, membrana također eliminira viruse gripe H1N1, pa čak i novi virus SARS-CoV-2 iz vode s velikom učinkovitošću. U filtriranim uzorcima koncentracija dvaju virusa bila je ispod granice otkrivanja, što je ekvivalent gotovo potpunoj eliminaciji tih patogena.

"Svjesni smo da se novi koronavirus pretežno prenosi kapljicama i aerosolima, ali zapravo, čak i na ovoj razini, virus zahtijeva da bude okružen vodom. Činjenica da ga možemo vrlo učinkovito ukloniti iz vode impresivno naglašava široku primjenjivost naše membrane", kaže Mezzenga.

Iako je membrana prvenstveno namijenjena za uporabu u postrojenjima za pročišćavanje otpadnih voda ili za pročišćavanje pitke vode, može se koristiti i u sustavima za filtriranje zraka ili čak u maskama. Budući da se sastoji isključivo od ekološki prihvatljivih materijala, mogao bi se jednostavno kompostirati nakon uporabe - a njegova proizvodnja zahtijeva minimalnu energiju. Ove osobine daju mu izvrstan ekološki otisak, kao što istraživači također ističu u svojoj studiji. Budući da je filtracija pasivna, ne zahtijeva dodatnu energiju, što njezin rad čini ugljično neutralnim i mogućim korištenjem u bilo kojem društvenom kontekstu, od urbanih do ruralnih zajednica.

Osim Mezzenginog laboratorija, u rad su bili uključeni i znanstvenici s nekoliko švicarskih sveučilišta, uključujući stručnjake za viruse sa Sveučilišta u Zurichu, Lausanne i Ženevi, EPFL-a, Sveučilišta u Cagliariju i ETH spin-off BluAct, koji drži patent na ovoj novoj tehnologiji.

Izvor: Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zurich)