より良い種類のフェイスマスク: 研究者がウイルスを殺すマスクを開発

レンセラー工科大学 2022 年 7 月 1 日

研究者らは、より長く着用できる可能性があり、廃棄物を削減できる抗ウイルス N95 マスクを開発しました。

レンセラー工科大学の研究者らは、優れた細菌バリアと接触殺菌機能の両方を備えた N95 フェイスマスクを製造するための実用的な方法を開発しました。 抗ウイルスおよび抗菌マスクは長期間着用できるため、マスクを頻繁に交換する必要がなくなり、プラスチック廃棄物の削減につながります。

感染性呼吸器疾患と環境汚染と闘うために、化学生物工学助教授でレンセラー大学バイオテクノロジー・学際研究センター（CBIS）のメンバーでもあるヘレン・ザー氏は、材料科学工学准教授のエドモンド・パレルモ氏と協力した。レンセラー社の材料・デバイス・統合システムセンター (cMDIS) のメンバーでもあります。

「これは、優れた多様な協力者チームによる多面的な材料工学の挑戦でした」とパレルモ氏は語った。 「私たちは、この研究がN95マスクのような、より長く持続する自己滅菌可能な個人用保護具に向けた第一歩であると考えています。これは、一般に空気感染病原体の伝播を減らすのに役立つかもしれません。」

最近Applied ACS Materials and Interfacesに掲載された研究によると、研究者らはN95フェイスマスクに使用されるポリプロピレンフィルターに広域スペクトルの抗菌ポリマーをグラフトすることに成功した。

N95 マスクは、顔にぴったりとフィットし、浮遊粒子を非常に効果的に除去するように設計されています。

「N95 マスクの活性濾過層は化学修飾の影響を非常に受けやすいです」と Zha 氏は述べています。 「濾過の点でパフォーマンスが低下する可能性があるため、基本的に N95 のようなパフォーマンスは得られません。ポリプロピレンで作られているため、化学修飾が困難です。もう 1 つの課題は、非常に細かいフィルターを破壊したくないことです。これらのマスクの繊維のネットワークにより、呼吸がより困難になる可能性があります。」

Zha氏とPalermo氏は、Rensselaer氏、ミシガン工科大学、マサチューセッツ工科大学の他の研究者らとともに、紫外線（UV）開始グラフト法を用いて、抗菌性の第4級アンモニウムポリマーをポリプロピレン不織布の繊維表面に共有結合させた。 生地は、レンセラー卒業生のティム・ロブソン氏のご厚意により、ヒルズ社から寄贈されました。

「私たちが開発したプロセスは、非常に単純な化学を使用して、本質的に外層を破壊することによってウイルスや細菌を殺すことができる非浸出ポリマーコーティングを作成します」とZha氏は述べました。 「これは非常に簡単で、拡張性の高い方法である可能性があります。」

チームは、実装を容易にするために、プロセスで広く入手可能な UV 光とアセトンのみを使用しました。 さらに、このプロセスは、新しいフィルターを開発する必要がなく、すでに製造されているポリプロピレンフィルターに適用できます。

研究チームは、このプロセスを N95 マスクの濾過層に直接適用した場合、濾過効率の低下を確認しましたが、解決策は簡単です。 ユーザーは、変更されていない N95 マスクを、その上に抗菌ポリマーを備えた別のポリプロピレン層とともに着用できます。 将来的には、メーカーは抗菌ポリマーを最上層に組み込んだマスクを製造する可能性がある。

国立科学財団迅速対応研究（RAPID）の助成金のおかげで、ザー氏とパレルモ氏は、N95フェイスマスクが不足していた2020年に研究を開始した。

Healthcare workers were even reusing masks that were intended to be single-use. Fast forward to 2022 and face masks of all types are now widely available. However, COVID-19First identified in 2019 in Wuhan, China, COVID-19, or Coronavirus disease 2019, (which was originally called "2019 novel coronavirus" or 2019-nCoV) is an infectious disease caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). It has spread globally, resulting in the 2019–22 coronavirus pandemic." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">新型コロナウイルス感染症の感染率は依然として高く、将来新たなパンデミックの脅威が生じる可能性は明らかであり、使い捨ての使い捨てマスクが埋め立て地に山積みになっている。

「できれば、私たちは新型コロナウイルスのパンデミックの向こう側にいると思います」とザー氏は語った。 「しかし、この種のテクノロジーはますます重要になるでしょう。空気中の微生物によって引き起こされる病気の脅威は消えることはありません。私たちが身を守るために使用する材料の性能と持続可能性を向上させる時期が来ています。」

「ポリプロピレンと接触するとウイルスや細菌を殺す化学基を付加することは賢明な戦略です」とレンセラー工学部のシェカール・ガルデ学部長は述べた。 「日常生活にポリプロピレンが豊富にあることを考えると、おそらくこの戦略は他の多くの状況でも同様に役立つでしょう。」

この研究はNIH/国立衛生研究所から資金提供を受けました。

参考文献：「極薄表面グラフト第四級アンモニウムポリマーコーティングによるウイルス性 N95 マスクフェイスマスク」Mirco Sorci、Tanner D. Fink、Vaishali Sharma、Sneha Singh、Ruiwen Chen、Brigitte L. Arduini、Katharine Dovidenko、Caryn L. Heldt、Edmund 著F. Palermo および R. Helen Zha、2022 年 5 月 25 日、ACS Applied Materials and Interfaces.DOI: 10.1021/acsami.2c04165