Sci-fibe illő találmány, amely megfordítja a világot

Szappanbuborék

Egyenesen a sci-fiből lépett ki a Penn State mérnökei által fejlesztett, önjavító anyagból készülő szűrő, amin a kicsi dolgok akadnak fenn, a nagyok meg átmennek. A műtétektől a szagszűrésig millió dologra lehet majd alkalmazni.

A Pennsylvaniai Állami Egyetem (USA), röviden a Penn State mechanikai mérnökei olyan öngyógyuló – vagyis sérülés után magától összezáruló – membránnal álltak elő, amely kvázi

fordított szűrőként működik: a kis részecskéket megfogja, míg a nagyobbakat átengedi.

„A konvencionális szűrők, mint amilyennel például a kávét készítjük, a kis részecskéket engedik át magukon, míg a nagyobbak fennakadnak a felszínükön" – vázolta a hagyományos szűrők mindannyiunk számára ismerős viselkedését Birgitt Boschitsch, a Penn State mérnök PhD hallgatója. Ő azonban kutatócsoportjával együtt olyan szűrőt fejlesztett ki, amely ennek épp az ellenkezőjét tudja: a stabilizált folyadékból álló membrán megakadályozza a kis részecskék áthaladását, miközben nem blokkolja a nagyobbakét. Eredményeiket a Science Advances folyóirat augusztus 24-i online számában publikálták.

A csoport kísérletei során a folyadékok sajátságos tulajdonságait használta ki.

Szappanbuborék metszete egy régi fizikakönyvből Forrás: AFP

Ha bedugjuk az ujjunkat egy pohár vízbe, majd kihúzzuk, a víz felszíne magától összezárul"

– magyarázza Tak-Sing Wong, az egyetem mechanikai és orvosbiológiai mérnök-előadója. Az újonnan kifejlesztett membrán képes ugyanerre, s eközben – a hagyományos szűrőkkel ellentétben – igazából nem a méretük, hanem

a mozgási energiájuk szerint válogatja szét a felszínére érkező objektumokat.

„A kisebb testeknek a kisebb tömegük miatt rendszerint alacsonyabb a mozgási energiájuk – folytatja Wong. – A nagyobb mozgási energiával rendelkező nagyobb objektumok áthaladnak a membránon, míg az alacsonyabb mozgási energiájú kisebbek fennakadnak rajta." A membrán körülfogja a rajta áthaladó objektumokat, és tökéletesen összezárul felettük, akár egy közönséges folyadék.

Hasonló viselkedésű membránokat a legegyszerűbben úgy állíthatunk elő, ha a vízbe olyan ún. felületaktív anyagot keverünk, amely stabilizálja a víz és a levegő közötti határfelületet. Az ilyen membránoknak hasonló a szerkezetük a sejteket határoló biológiai membránhoz. Prototípusnak a kutatócsoport egyszerű szappanbuborékokat használt. Az összetevők aztán tetszőlegesen módosíthatók valamilyen kijelölt cél – például fokozott mechanikai ellenállóképesség, antibakteriális tulajdonság vagy szagsemlegesítés – érdekében.

„Hozzáadhatunk olyan összetevőket, amelyek tartósabbá teszik a membránt, vagy elzárják bizonyos gázok útját – részletezte Boschitsch. – Végtelen számú lehetséges adalékanyag közül választhatunk, amelyekkel a membránt valamely kiválasztott alkalmazás számára testreszabhatjuk."

Előre tekintve a kutatók számtalan kreatív és nagyon is való világbeli alkalmazást tudnak elképzelni, ahol e membránok sajátos képességeit kamatoztathatnák. Előfordulhat akár a világ civilizációtól elzárt helyein, akár a harctéren, hogy orvosoknak steril műtőhelyiség hiányában kell nyílt operációt végrehajtaniuk; ilyenkor

a membrán egyfajta steril sebészeti zárórétegként működhetne, amely helyettesíti a biztonságos műtéthez szükséges tiszta körülményeket.

Műtét háborús körülmények közt Forrás: AFP/Albert Gonzalez Farran

Ebben a helyzetben nemcsak a membrán parányi részecskéket kizáró sajátságát, hanem önzáródó képességét is ki lehetne használni, hiszen az orvosi eszközök gond nélkül áthaladnának rajta anélkül, hogy rés nyílna a szennyeződések számára. „A membránszűrő megakadályozhatná, hogy kórokozók, porszemcsék vagy allergének jussanak a sebbe, így az orvosok nyugodtan végezhetnék a műtétet" – vázolta fel Wong.

A kutatás a fejlődő világ higiénés viszonyain is javíthatna. Erre Boschitsch adott egy lehetséges példát: „Még mindig nagyjából egymilliárd ember él úgy a Földön, hogy ilyen vagy olyan okból – nem utolsó sorban a latrinaszag miatt – a szabad ég alatt kell végeznie a dolgát.

Ha a szűrőnket a mellékhelyiségekben alkalmaznánk, a membrán az egyik irányban átengedné a szilárd anyagot, viszont elzárná a másik irányból érkező szagok útját."

Nyilvános toalett Indiában Forrás: AFP/Prakash Singh

A csoportnak éppen az ad inspirációt, hogy a találmányuk mekkora hatást gyakorolhatna a valódi, laboratóriumon kívüli világra. „Mindig azoknak a technológiáknak a fejlesztése érdekelt, amelyek közvetlenül segíteni tudnak az embereken – vallotta Boschitsch. – Számomra olyasvalamit van értelme létrehozni, ami választ ad az emberiség tényleges problémáira, például a fejlődő országokban."