Bioabbaubare, antibakterielle Masken auf Chitosan Basis

Medizinische Masken haben sich während der Covid-19 Pandemie als effektiver Schutz gegen das Virus bewährt. Allerdings sind herkömmliche Masken nur schlecht biologisch abbaubar. Aus dem Grund wurden in dem vorgestellten Paper umweltfreundliche Chitosan/Silber/Pflanzenfasermembranen für Masken hergestellt, die zudem noch antibakterielle und thermische Eigenschaften besitzen.

UMWELTFREUNDLICHE CHITOSAN/SILBER/PFLANZENFASERMEMBRANEN FÜR MASKEN MIT THERMISCHER ANPASSUNG UND SELBSTSTERILISATION

Zou, Q., Gai, Y., Cai, Y. et al. Eco-friendly chitosan@silver/plant fiber membranes for masks with thermal comfortability and self-sterilization. Cellulose (2022). https://doi.org/10.1007/s10570-022-04582-x

Während der Covid-19 Pandemie hat sich das Tragen von medizinischen Masken als effektiver Schutz gegen das Virus in der Öffentlichkeit bewährt. Weltweit werden 129 Milliarden Masken im Monat verbraucht. Da die Filterschichten herkömmlicher Masken aus Polypropylen (PP) bestehen, benötigen diese ca. 10 Jahre um auf Mülldeponien abgebaut zu werden und stellen damit eine Umweltbelastung dar. Zudem besitzen sie nur eine schlechte thermische Leitfähigkeit, was dazu führt, dass sich warme und feuchte Luft unter der Maske sammelt und den Nutzer beim Atmen einschränkt. Dadurch besteht ein erhöhtes Risiko für bakterielle Infektionen.

Aus dem Grund ist Chitosan (CS) als Rohmaterial für Filtermembranen interessant. Neben seiner Bioabbaubarkeit besitzt es ebenfalls antibakterielle Eigenschaften. Diese können in Kombination mit Silber-Nanopartikeln (AgNPs) noch verstärkt werden. Silber hat zudem eine ausgezeichnete thermische und elektrische Leitfähigkeit. In der vorgestellten Studie wurden CS Fasern als Träger für in situ reduzierte AgNPs genutzt um CS-Ag Kernschalenfasern herzustellen. In Kombination mit pflanzlichen Fasern (Cellulose) sollte damit ein kontinuierliches Netzwerk für Filtermembranen hergestellt werden. Neben der Herstellung und Charakterisierung der Fasern, wurden ebenfalls die thermischen und antibakteriellen Eigenschaften untersucht.

ERGEBNISSE

• Nachweis über SEM und EDS, dass AgNPs gleichmäßig und eng auf der Oberfläche der Chitosanfasern verteilt sind → Ausbildung einer Kernschalenstruktur
• AgNPs erhöhen Leitfähigkeit der CS Fasern
• Erfolgreiche Kombination mit Pflanzenfasern über Saugfiltration
• Nachweis deutlich verbesserter Luftpermeabilität und höheren PM_2,5-Werten im Vergleich zu herkömmlichen PP-Filtern
• Zugabe von C₁₃H₁₃F₁₇O₃Si wandelt das hydrophile Material in ein hydrophobes um → Ausbildung von selbstreinigenden und anti-fouling Eigenschaften
• CS-AgNPs-Pflanzenfaser Membranen wiesen eine 4,45-mal höhere Wärmeleitfähigkeit auf als herkömmliche PP-Masken → verbesserte Kühleigenschaften beim Tragen
• Nachweis hoher Leitfähigkeit und geringer elektrischer Widerstand ermöglichen Aufheizen von Masken in kalten Regionen sowie Abtöten von Viren und Bakterien beim Erwärmen über 80 °C
• Antibakterielle Raten des Filtermaterials von über 99 % gegen E. coli und S. aureus durch CS und AgNPs

Zusammenfassung: In der vorgestellten Studie wurde erfolgreich aus CS, AgNPs und Pflanzenfasern ein umweltfreundliches und multifunktionales Filtermaterial für Masken hergestellt. Die CS-AgNP Kernschalenstruktur wies dabei gute thermale und elektrische Leitfähigkeit auf, die für einen Kühleffekt bei Wärme und einen Heizeffekt bei Kälte genutzt werden kann. Zudem wurden ausgezeichnete antibakterielle Eigenschaften des Materials beobachtet. Insgesamt besitzen dadurch CS-AgNP-Pflanzenfasern ein großes Potential als Filtermaterial für medizinische Masken.

Link zum Artikel: Eco-friendly chitosan@silver/plant fiber membranes for masks with thermal comfortability and self-sterilization | SpringerLink