Nya cellulosabaserade triboelektriska andningsskydd med förbättrad andningsförmåga och desinfektionseffekter

En forskargrupp vid forskningscentrum FSCN vid Mittuniversitetet ska utveckla effektivare filtermaterial till andningsskydd som kan användas för att minska spridning av virus, liknande Cov-SARS-2 för att motverka pandemier.

Målet med denna förstudie är att demonstrera ett cellulosanät med ytbeläggningar optimerade för triboelektrisk laddning. Vi vill bestämma filtereffektiviteten för sto och funktionaliserade filter, validera triboelektriska effekter i en stackmontering och föreslå en filterdesign med dubbel funktionalitet, dvs. ökad ytladdningstäthet och självdesinfektion.

− Vi vill utveckla effektiva partikelskydd i andningsskydd som gör det lättare att andas och förhoppningsvis också egenskaper som ytterligare minskar risken för smittspridning genom självdesinfektion, säger Christina Dahlström, universitetslektor och projektledare vid Mittuniversitetet.

Enligt nuvarande kunskap överförs covid-19 virus främst mellan människor genom utandning av aerosoler och närkontakt. Andningsdroppar, partiklar med en diameter från 110 nanometer till 1 millimeter, dominerar överföringen. Andningsskydd och filter är därför en viktig del av åtgärderna för att mildra framtida pandemier. De befintliga skydden, av typen FFP2, N95 och FFP3, är effektiva men obekväma om de används under lång tid. Dessa används inom sjukvården medan de skydd som används av gemene man är av betydligt enklare karaktär. De är ofta tunna andningsskydd som fungerar mer som spottskydd och skyddar marginellt mot virus. 

Illustration av andningsskydd med cellulosamembran.

− Vårt andningsskydd, som baseras på cellulosamaterial med triboelektriska egenskaper, gör att det går lättare att andas än med dagens andningsskydd. Det häftiga är att andetaget i sig själv är det som aktiverar den triboelektriska filtreringen. Målet är att utveckla en ny typ av andningsskydd för att minska spridning av virus, liknande Cov-SARS-2, säger Christina Dahlström.

För att förbättra egenskaperna kan cellulosamembranet dessutom ytbehandlas med olika beläggning som kan ge ytterligare funktioner, såsom självdesinfektion.

− Vi kommer att jämföra effektiviteten hos de utvecklade cellulosamaterialen med några vanliga syntetiska polymeralternativ. På längre sikt skulle användningen av förnybar cellulosa, istället för fossilbaserat material, vara mycket fördelaktig med tanke på nationell självförsörjning, kostnad och avfallshantering. Det är också helt i linje med flera mål i FN:s agenda för en hållbar utveckling, säger Christina Dahlström.

Detta är ett nytt forskningsområde där forskare vid Mittuniversitetet och Uppsala universitet beviljats Vinnovamedel för en förstudie under sex månader 2020/2021. Förstudien genomförs i samarbete med docent Tomas Kubart, docent Zhibin Zhang, Dr Chenyu Wen och professor Shili Zhang vid institutionen för elektroteknik, Ångströmslaboratoriet, Uppsala Universitetet.

I forskargruppen ingår också Renyun Zhang, docent inom materialfysik vid Mittuniversitetet och specialist inom triboelektricitet och statisk elektricitet på nanonivå. Dessutom medverkar Magnus Norgren, professor i kemiteknik, och Dr. Ida Svanedal, med särskilt intresse för ytkemi hos cellulosabaserade polymermaterial.