2019 में, नोवेल कोरोनावायरस रोग (COVID-19) फैल गया और तेज़ी से दुनिया भर में फैल गया। वर्तमान में खोजे गए COVID-19 वायरस का व्यास 60-140 एनएम है, और मुख्य संचरण मार्ग प्रत्यक्ष संचरण, एरोसोल संचरण और संपर्क संचरण हैं। नतीजतन, N95 श्रेणी के मास्क (N95 FFR) की मांग में नाटकीय रूप से वृद्धि हुई है। N95 श्रेणी के मास्क मुख्य रूप से पॉलीप्रोपाइलीन (PP) मेल्ट-ब्लो नॉनवॉवन से बने होते हैं। निस्पंदन दक्षता में सुधार करने और अपेक्षाकृत कम प्रतिरोध बनाए रखने के लिए, PP फाइबर को स्थिर चार्ज के माध्यम से N95 FFR को मजबूत कण आसंजन प्रदान करने के लिए कोरोना डिस्चार्ज विधियों के अधीन किया जाता है। हालांकि, उपयोग के दौरान चार्ज खो सकता है, जिसके परिणामस्वरूप फ़िल्टरिंग दक्षता में कमी आती है। इसके अलावा, स्वच्छता, क्षति, श्वसन प्रतिरोध में वृद्धि और निस्पंदन दक्षता में कमी जैसे कारकों के कारण N95 FFR का पुन: उपयोग प्रतिबंधित है। इसे देखते हुए, जिलिन विश्वविद्यालय के यू जीहोंग के नेतृत्व में एक टीम ने ध्रुवीय-संचालित अंतःक्रियाओं के माध्यम से महत्वपूर्ण निस्पंदन विशेषताओं को प्राप्त करने के लिए रासायनिक रूप से संशोधित सतहों पर आधारित एक स्थिर N97 नैनोफाइबर श्वासयंत्र विकसित किया। यह 0.42 PA-1 (निस्पंदन दक्षता: 97% से अधिक; दबाव ड्रॉप: लगभग 10 Pa) पर पॉलीएक्रिलोनिट्राइल नैनोफाइबर झिल्ली (TFPNM) को कोटिंग करके प्राप्त किया जाता है, जो समग्र टिकाऊ निस्पंदन प्रदर्शन प्रदान करता है। कॉक्ससैकी B4 वायरस निस्पंदन परीक्षण से पता चला कि TFPNM में भी मजबूत वायरस कैप्चर क्षमता है। N95 FFR की तुलना में, TFPNM कीटाणुशोधन व्यवस्थाओं की एक विस्तृत श्रृंखला (वायरस प्रकार: कॉक्ससैकी B4 वायरस (CV-B4) और एक माइक्रो RNA वायरस) के लिए अधिक प्रतिरोधी है, और समग्र निस्पंदन विशेषताएँ N97 मानक बनी हुई हैं। संबंधित कार्य का शीर्षक है "नैनोनैनस झिल्ली पर आधारित वायुजनित वायरस कैप्चर के लिए ध्रुवीयता-प्रधान स्थिर एन 97 श्वासयंत्र" जिसे एंजेवंडटे केमी, एक शीर्ष अंतरराष्ट्रीय पत्रिका में प्रकाशित किया गया था।

टीएफपीएनएम की सतही ध्रुवता और स्थिरता

पतली फिल्म (TF) लेपित इलेक्ट्रोस्पन पॉलीएक्रिलोनिट्राइल (PAN) नैनोफाइबर झिल्ली (TFPNMs) इलेक्ट्रोस्पिनिंग तकनीक द्वारा निर्मित की जाती हैं और परिवर्तनीय अंत समूहों के साथ हल्के पीले रंग के कपड़े का उत्पादन करने के लिए इंटरफेसियल पोलीमराइजेशन प्रक्रियाओं द्वारा कार्यात्मक होती हैं। पीपी की तुलना में, TFPNMs में एक मजबूत सतह ध्रुवता होती है, जिसे विभिन्न कोटिंग्स द्वारा बदला जा सकता है। TFPNM की स्थिरता का आगे मूल्यांकन करने के लिए, टीम ने फाइबर झिल्ली को उच्च तापमान (> 80 °C), एक भाप वातावरण (उच्च आर्द्रता> 100 °C), 75% अल्कोहल, क्लोरीनयुक्त कीटाणुनाशक पानी और पराबैंगनी (UV) प्रकाश के संपर्क में लाकर परीक्षण किया। TFPNM में कोई महत्वपूर्ण क्षति और वजन में कमी नहीं पाई गई,

चित्र 1 टीएफपीएनएम की आकृति विज्ञान और स्थिरता

टीएफपीएनएम वायु निस्पंदन दक्षता

शोधकर्ताओं ने सबसे पहले TFPNMs की विभिन्न आकारों (पीएम) के कणों को पकड़ने की क्षमता की जांच की ताकि खतरनाक वायु गुणवत्ता की स्थिति (चित्रा 2) के तहत इसके वायु निस्पंदन प्रदर्शन का अनुकरण किया जा सके। हानिकारक कण पदार्थ के स्तर को प्रस्तुत करने के लिए प्रयोगशाला में धूप जलाना (जिसमें पीएम, सीओ, सीओ2, एनओ2 आदि जैसे विभिन्न प्रदूषक होते हैं) का उपयोग किया जाता है। सभी TFPNM के लिए इष्टतम आधार वजन नियंत्रण 10 ग्राम/एम2 है। विभिन्न सतह ध्रुवीयताओं वाले पांच TFPNM निस्पंदन दक्षता में बड़े अंतर दिखाते हैं। निम्नतम सतह ध्रुवीयता से उच्चतम फाइबर झिल्ली तक PM0.3 के लिए निस्पंदन दक्षता के परिणाम 50.00% से 97.45% तक थे। परिणामों से पता चला कि 97 घंटे के बाद PAN नैनोफाइबर झिल्ली (PNM) की निस्पंदन दक्षता PM10 के लिए 97.10% से घटकर 94.57% और PM0.3 के लिए 99.67% से घटकर 99.42% हो गई। हालांकि, CTFPNM की निस्पंदन विशेषताएँ स्थिर रहीं, जो 2.5 घंटे के भीतर PM10 और PM97.00 के लिए क्रमशः 99.90% और 0.3% से अधिक हो गईं।

चित्र 2 पीएम विभिन्न सतह ध्रुवों के साथ टीएफपीएनएम के प्रदर्शन को कैप्चर करते हैं

टीएफपीएनएम और एन95 एफएफआर के बीच वायु निस्पंदन प्रदर्शन की तुलना

उच्च सतही ध्रुवता वाले दो TFPNM (CTFPNM और CTFPNM) को N95 FFR के साथ NaCl एरोसोल पर उनके निस्पंदन गुणों की तुलना करने के लिए पेश किया गया था (चित्र 3)। CTFPNM और CTFPNM दोनों की निस्पंदन दक्षता N97 स्तर तक पहुंच गई और निस्पंदन के लगातार 24 घंटों के दौरान स्थिर रही। इसके विपरीत, N95 FFR, जो मुख्य रूप से चार्ज किए गए PP मेल्ट-ब्लो नॉनवुवेन्स से बना है, निस्पंदन के दौरान स्पष्ट अस्थिरता दिखाता है। TFPNM की फ़िल्टर दक्षता का इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रभाव द्वारा आगे अध्ययन किया गया। चार्ज किए गए cTFPNM और cTFPNM के लिए, उनकी निस्पंदन दक्षता N98 तक थोड़ी बेहतर होती है। लेखक ने विभिन्न देशों के TFPNM और N97 FFRS के बीच वायु निस्पंदन विशेषताओं में अंतर का आगे अध्ययन किया। यह पाया गया कि 24 घंटे के निरंतर निस्पंदन के बाद सभी नमूनों की निस्पंदन दक्षता 0.15% से कम हो गई। समान प्रायोगिक स्थितियों के तहत, 0.02 घंटे के बाद N0.03 FFR की निस्पंदन दक्षता cTFPNM की तुलना में कम थी।

चित्र 3 TFPNMs की फ़िल्टर विशेषताएँ और N95 FFRs के कई ब्रांडों की फ़िल्टर परतें

वायरस और विभिन्न कीटाणुशोधन उपचारों के लिए टीएफपीएनएम फ़िल्टरिंग दक्षता

सीटीएफपीएनएम को इसके निस्पंदन दक्षता का मूल्यांकन करने के लिए कॉक्ससैकी बी4 वायरस (सीवी-बी4) और एक माइक्रो आरएनए वायरस एरोसोल (27-30 एनएम) में रखा गया था। और एन 95 एफएफआर (एमईओ ब्रांड) वायरस फ़िल्टरिंग परीक्षण। परिणामों से पता चला कि सीटीएफपीएनएम ने 97 घंटे के बाद एन 24 निस्पंदन दक्षता बनाए रखी, जबकि एमईओ एन 95 एफएफआर निस्पंदन दक्षता 95 घंटे के बाद 24% से नीचे गिर गई। टीएफपीएनएम की पुन: प्रयोज्यता का अध्ययन करने के लिए, सीटीएफपीएनएम के लिए पांच उपचार विधियां की गईं: 80 ℃ पर ताप उपचार; भाप (100 ℃ पर हीट बेस प्रोटीन विकृतीकरण); 75% अल्कोहल (प्रोटीन विकृत); घरेलू क्लोरीन आधारित समाधान (कोशिका अध: पतन, रासायनिक क्षति); पहले उपचार चक्र के बाद, cTFPNMs की सभी निस्पंदन क्षमताएं N254 के स्तर पर अपरिवर्तित रहती हैं और दबाव में गिरावट 97 और 9 Pa के बीच रहती है। इसके विपरीत, N10 FFR ने पहले चक्र के बाद विभिन्न उपचारों के बाद अलग-अलग निस्पंदन प्रदर्शन दिखाया। हीटिंग और पराबैंगनी कीटाणुनाशक विकिरण (UVGI) अधिकांश N95 FFRS की निस्पंदन विशेषताओं को बनाए रखते हैं। हालाँकि, समाधान उपचार के आधार पर नमूनों की निस्पंदन दक्षता 95% ~ 50% तक तेजी से गिरती है।

चित्र 4 cTFPNM पर वायरस फ़िल्टरिंग प्रदर्शन

नोट: (ए) (बी) सीटीएफपीएनएम है, (सी) (डी) एमईओ ब्रांड एन 95 एफएफआर की दक्षता और दबाव ड्रॉप है

चित्र 5 पांच अलग-अलग कीटाणुशोधन उपचारों के बाद एफएफआर का विकास और संबंधित समग्र निस्पंदन प्रदर्शन

पूर्ण पाठ लिंक: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202108951