新型低成本石墨烯口罩在冠状病毒灭活中前景看好

在10分钟的阳光下，抗菌效率接近100%，对冠状病毒有很好的灭活效果。

口罩已成为抗击新冠肺炎疫情的重要工具。然而，不恰当地使用或处置口罩可能会导致“二次传播”。香港城市大学(CityU)的一个研究小组成功地生产出了抗菌效率为80%的石墨烯口罩，在阳光下暴露约10分钟，抗菌效率可提高到近100%。初步测试还显示，在灭活两种冠状病毒方面取得了非常有希望的结果。该石墨烯掩膜生产简单，成本低，有助于解决原料来源和不可生物降解掩膜的处理问题。

这项研究是由城市大学化学系助理教授叶如泉博士与其他研究人员合作进行的。这一发现发表在科学期刊ACS Nano上，题为“激光诱导石墨烯面具上的自我报告和光热增强快速杀菌”。

常用的医用口罩不抗菌。当人们触摸被污染的口罩表面或不恰当地丢弃口罩时，这可能会导致细菌感染的二次传播风险。此外，用作细菌过滤器的熔喷织物很难分解，会对环境造成影响。因此，科学家们一直在寻找替代材料来制作口罩。

叶博士一直在研究激光诱导石墨烯在开发可持续能源方面的应用。几年前，当他在莱斯大学攻读博士学位时，他参与并由导师领导的研究小组发现了一种生产石墨烯的简单方法。他们发现，使用商用CO2红外激光系统在含碳聚酰亚胺薄膜(一种热稳定性很高的聚合物塑料材料)上直接写入可以产生3D多孔石墨烯。激光改变了原材料的结构，从而产生石墨烯。这就是为什么它被命名为激光诱导石墨烯的原因。

石墨烯以其抗菌性能著称，因此早在去年9月新冠肺炎疫情爆发之前，用激光诱导石墨烯制造性能优异的口罩就已经浮现在叶博士的脑海中。然后，他与香港科技大学(HKUST)、南开大学和其他组织的研究人员合作启动了这项研究。

研究小组用大肠杆菌测试了他们的激光诱导石墨烯，获得了大约82%的高抗菌率。相比之下，口罩常用材料活性炭纤维和熔喷织物的抗菌效率分别只有2%和9%。实验结果还表明，沉积在石墨烯表面的大肠杆菌即使在8h后仍有90%以上的存活，而沉积在石墨烯表面的大肠杆菌在8h后大部分死亡。此外，激光诱导的石墨烯对气溶胶细菌有较好的抗菌能力。

叶博士说，石墨烯杀菌性能的确切机制还需要更多的研究。但他认为这可能与石墨烯锋利的边缘对细菌细胞膜的破坏有关。这种细菌可以通过石墨烯的疏水(憎水)特性引起的脱水而被杀死。

此前的研究表明，新冠肺炎在高温下会失去传染性。因此，研究小组进行了实验，以测试石墨烯的光热效应(吸收光线后产生热量)是否可以增强抗菌效果。结果表明，在太阳光照射下10min内，石墨烯材料的抗菌效率可提高到99.998%，而活性炭纤维和熔喷织物的抗菌效率分别只有67%和85%。

该团队目前正在与中国大陆的实验室合作，用两种人类冠状病毒测试石墨烯材料。初步测试表明，它在5分钟内灭活了90%以上的病毒，在阳光下10分钟内几乎100%地灭活了病毒。该团队计划稍后对新冠肺炎病毒进行检测。

他们的下一步是进一步提高防病毒效率，并为面具开发可重复使用的策略。他们希望在为面具设计最佳结构并获得认证后不久就能将其投放市场。

叶博士将激光诱导石墨烯的生产描述为一种“绿色技术”。所有含碳材料，如纤维素或纸张，都可以使用这种技术转化为石墨烯。并且可以在环境条件下进行转化，不需要使用原料以外的其他化学品，也不会造成污染。能耗低。

“激光诱导的石墨烯掩膜是可重复使用的。如果将生物材料用于生产石墨烯，可以帮助解决面具原材料的采购问题。它还可以减轻不可生物降解的一次性口罩对环境的影响。“。

叶博士指出，生产激光诱导的石墨烯很容易。只需一分半钟，100 cm²的面积就可以转化为石墨烯，作为掩膜的外层或内层。根据生产石墨烯的原材料的不同，激光诱导石墨烯面罩的价格预计在外科面罩和N95面罩之间。他补充说，通过调整激光功率，可以改变石墨烯材料的孔隙大小，使透气性类似于外科口罩。

为了方便用户检查石墨烯面罩在使用一段时间后是否仍处于良好状态，该团队制造了一种湿式发电机。它是由人类呼吸中的水分产生的电力驱动的。通过测量使用者通过石墨烯面罩呼吸时湿气感应电压的变化，它提供了面罩状况的指示器。实验结果表明，掩膜表面细菌和大气颗粒物积累越多，产生的电压越低。他说：“每隔多久更换口罩的标准应由专业人士决定。不过，我们所用的方法可以作为参考。“叶博士建议说。

参考文献：黄丽贝，徐思宇，王兆宇，柯雪，苏建军，宋云，陈思杰，朱春雷，本中唐，叶如泉，2020年8月11日，“激光诱导石墨烯面罩上的自我报告和光热增强快速杀菌”，ACS Nano，2020年8月11日，ACSNano，作者：黄丽贝，徐思宇，王兆宇，柯雪，苏建军，宋云，陈思杰，朱春雷，本中堂，叶如泉，2020年8月11日。网址：10.1021/acsnano.0c05330

叶博士是这篇论文的通讯作者之一。另外两位通讯作者是香港科技大学的唐本忠教授和南开大学的朱春雷博士。论文的第一作者是叶博士的博士生黄立北。城大团队的其他成员是来自化学系的徐思宇、苏建军和宋云。其他合作者包括南开大学香港科技大学的研究人员，以及卡罗林斯卡研究所明维楼修复医学中心的陈思杰博士。