Специалисты Курчатовского института, МИФИ и Института электрофизики и электроэнергетики РАН предложили использовать для респираторов новые фильтры из ориентированных заряженных волокон. Ученые рассчитывают, что это позволит повысить эффективность защиты органов дыхания от коронавируса.
Во время кашля, разговоров и даже дыхания человек выделяет в воздух микрокапли слюны и слизи. Наибольшую опасность представляют самые мелкие капли — они легко разносятся воздушными потоками, а при вдыхании проникают глубоко в легкие. Всего десяти таких капель может хватить, чтобы заразиться ковидом.
Обычные медицинские маски недостаточно эффективно защищают от микрокапель, так как недостаточно плотно прилегают к лицу. Респираторы класса защиты FFP2 справляются с этой задачей намного лучше, однако имеют ряд недостатков. Во-первых, они заметно затрудняют дыхание, во-вторых, проникающий размер частиц в них зачастую совпадает с размером микрокапель.
«Многие научные коллективы сейчас работают над тем, чтобы сделать средства защиты органов дыхания эффективнее и удобнее. Например, можно повысить качество фильтрации, изменив структуру поверхности волокон фильтра», — рассказала начальница отдела нанобиоматериалов и структур Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий Ксения Луканина.
Эту задачу можно решить несколькими путями: созданием пор для замедления воздушного потока, использованием волокон с микроворсинками, а также применением многослойных полимерных материалов. Конструкция из четырех слоев с толщиной волокон обеспечивает эффективную фильтрацию частиц в диапазоне 50–500 нанометров – наиболее важном с точки зрения защиты от вируса.
«Классическим методом получения необходимых волокнистых фильтрующих материалов является электроформование. Современные подходы к этому методу позволяют получать полимерные волокна заданных размеров, совмещать в одном материале волокна разных диаметров, а также контролировать их укладку. В итоге становится возможным создание разнообразных волокнистых структур: от хаотических до системы параллельных волокон», — пояснил профессор МИФИ, ученый секретарь «Росатома» Александр Будыка.
С помощью разработанной в Курчатовском институте модифицированной технологии электроформования можно не просто задать направление укладки волокон, но и изменить его при необходимости. Например, полимерные волокна можно расположить крест-накрест — такой фильтр не будет затруднять дыхание, а благодаря разности потенциалов сможет эффективно задерживать вирусные частицы. Формировать заряд можно с помощью небольшой батарейки, закрепленной на респираторе. А задачу эффективного прилегания респиратора ученые предлагают решить с помощью 3D-печати.