Filtermembran gør vira harmløse

Af Peter Rüegg

Forskere ved ETH Zürich er ved at udvikle en ny filtermembran, der er yderst effektiv til filtrering og inaktivering af en bred vifte afbæres og vand-bårne vira. Lavet af økologisk sunde materialer, membranen har en passende god enviaftryk.

Vira kan spredes ikke kun via dråber eller aerosoler som den nye coronavirus, men også i vand. Faktisk er nogle potentielt farlige patogener af gastrointestinale sygdomme vandbårne vira.

Til dato er sådanne vira blevet fjernet fra vand ved hjælp af nanofiltrering eller omvendt osmose, men med høje omkostninger og alvorlige konsekvenser for miljøet. For eksempel er nanofiltre til vira lavet af oliebaserede råmaterialer, mens omvendt osmose kræver en relativt stor mængde energi.

Miljøvenlig membran udviklet
Nu har et internationalt team af forskere ledet af Raffaele Mezzenga, professor i fødevarer og bløde materialer ved ETH Zürich, udviklet en ny vandfiltermembran, der er både yderst effektiv og miljøvenlig. For at fremstille det brugte forskerne naturlige råmaterialer.

Filtermembranen fungerer ud fra det samme princip, som Mezzenga og hans kolleger udviklede til at fjerne tungmetaller eller ædelmetaller fra vand. De skaber membranen ved hjælp af denaturerede valleproteiner, der samles i små filamenter kaldet amyloidfibriller. I dette tilfælde har forskerne kombineret dette fibril stillads med nanopartikler af jernhydroxid (Fe-O-HO).

Fremstilling af membranen er relativt enkel. For at producere fibriller tilsættes valleproteiner afledt af mælkeforarbejdning til syre og opvarmes til 90 grader Celsius. Dette får proteinerne til at udvide sig og knytte sig til hinanden og danne fibriller. Nanopartiklerne kan produceres i samme reaktionsbeholder som fibrillerne: forskerne hæver pH og tilsæt jernsalt, hvilket får blandingen til at "opløse" i jernhydroxid nanopartikler, der fastgøres til amyloidfibriller. Til denne applikation brugte Mezzenga og hans kolleger cellulose til at understøtte membranen.

Denne kombination af amyloid fibriller og jernhydroxid nanopartikler gør membranen til en yderst effektiv fælde for forskellige vira, der findes i vand. Den positivt ladede jernoxid tiltrækker elektrostatisk de negativt ladede vira og inaktiverer dem. Amyloid fibrils alene ville ikke være i stand til at gøre dette, fordi, ligesom de virale partikler, er de også negativt opladet på neutral pH. Fibrilerne er dog den ideelle matrix for jernoxid nanopartiklerne.

Forskellige vira elimineret meget effektivt
Membranen eliminerer en bred vifte af vandbårne vira, herunder ikke-vidtrækkende adenovirus, retrovirus og enterovirus. Denne tredje gruppe kan forårsage farlige mave-tarminfektioner, som dræber omkring en halv million mennesker - ofte små børn i udviklingslande og nye vækstlande - hvert år. Enterovirus er ekstremt hårde og syreresistente og forbliver i vandet i meget lang tid, så filtermembranen bør være særlig attraktiv for fattigere lande som en måde at hjælpe med at forhindre sådanne infektioner.

Desuden eliminerer membranen også H1N1 influenzavirus og endda den nye SARS-CoV-2-virus fra vandet med stor effektivitet. I filtrerede prøver lå koncentrationen af de to vira under detektionsgrænsen, hvilket svarer til næsten fuldstændig eliminering af disse patogener.

"Vi er klar over, at den nye coronavirus overvejende overføres via dråber og aerosoler, men faktisk kræver virussen selv i denne skala at være omgivet af vand. Det faktum, at vi kan fjerne det meget effektivt fra vand, understreger på imponerende vis den brede anvendelighed af vores membran," siger Mezzenga.

Mens membranen primært er designet til brug i spildevandsrensningsanlæg eller til drikkevandsrensning, kan den også bruges i luftfiltreringssystemer eller endda i masker. Da det udelukkende består af økologisk forsvarlige materialer, kan det simpelthen komposteres efter brug – og dets produktion kræver minimal energi. Disse træk giver det et fremragende miljøaftryk, som forskerne også påpeger i deres undersøgelse. Da filtreringen er passiv, kræver den ingen yderligere energi, hvilket gør dens funktion CO2-neutral og mulig anvendelse i enhver social sammenhæng, fra byområder til landdistrikter.

Ud over Mezzengas laboratorium var forskere fra flere schweiziske universiteter involveret i arbejdet, herunder virusspecialister fra universiteterne i Zürich, Lausanne og Genève, EPFL, University of Cagliari og ETH spin-off BluAct, som har patent på denne nye teknologi.

Kilde: Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)