Novos filtros de ar com revestimento líquido podem melhorar a detecção precoce e a análise de patógenos transportados pelo ar

Crédito: Materiais Aplicados e Interfaces ACS (2022). DOI: 10.1021/acsami.2c14754

Pesquisadores da Universidade do Maine e da Universidade de Massachusetts Amherst projetaram novos filtros de ar com revestimento líquido que permitem uma melhor detecção e análise precoce de bactérias e vírus transportados pelo ar, incluindo aquele que causa o COVID-19. A equipe publicou suas descobertas na revista Materiais Aplicados e Interfaces ACS.

Embora os filtros de ar convencionais ajudem a controlar a propagação de doenças em espaços públicos como hospitais e centros de viagens, eles lutam para manter os patógenos que capturam viáveis ​​para testes. A ineficiência pode inibir a capacidade dos cientistas de identificar ameaças biológicas desde o início, o que pode prejudicar qualquer resposta e medidas de proteção.

A equipe de pesquisa, liderada por Caitlin Howell, professora associada de engenharia biomédica da UMaine, desenvolveu uma membrana composta com uma camada líquida para filtros que é mais adequada para capturar amostras viáveis ​​de bactérias e vírus para análise. Eles modelaram a membrana com base na planta Nepenthes, que tem uma borda escorregadia e paredes internas que fazem com que os insetos caiam e fiquem presos dentro de seu fluido digestivo. Ao manter as bactérias e vírus eles capturam possíveis para exame, os pesquisadores dizem que seus novos filtros de ar com revestimento líquido podem aprimorar os esforços de amostragem de ar, detecção precoce de patógenos e biovigilância para segurança nacional.

“Acho que para nossos pacientes e para nós mesmos como cuidadores, essa tecnologia nos dará a confiança de que estamos mais seguros ao realizar o atendimento”, diz o Dr. Robert Bowie, diretor médico do Down East Emergency Medical Institute. “Saber que melhoramos a segurança torna mais fácil deixar nossos entes queridos e ir trabalhar cuidando de outras pessoas.”

O grupo de pesquisadores desenvolveu vários tipos de filtros que continham sua tecnologia de membrana revestida com líquido e testaram sua capacidade de preservar e liberar a bactéria E. coli; SARS-COV-2, o vírus que causa a COVID-19; e o poliomavírus JC, que ataca o sistema nervoso central.

Eles descobriram especificamente que mais patógenos transportados pelo ar foram capturados por filtros de ar particulado de alta eficiência (HEPA) com seus revestimentos líquidos membrana do que aqueles sem.

“Durante os estágios iniciais da pandemia, estávamos observando em tempo real quantos problemas estavam sendo causados ​​por ninguém saber onde estava e onde não estava o vírus transmitido pelo ar. Tínhamos um sistema que poderia começar a atender a essa necessidade, então era nossa responsabilidade intensificar e ajudar”, diz Howell.

O projeto foi um esforço interdisciplinar significativo nas áreas de engenharia biomédica, engenharia química e microbiologia. O primeiro autor, Daniel Regan, lançou pela primeira vez o conceito inicial de filtros de ar com revestimento líquido para capturar bactérias– contendo aerossóis para seu comitê de dissertação em março de 2019, com base em conversas com pesquisadores militares e preocupações para detectar possível contaminação durante evacuações médicas. Ele também o apresentou em uma apresentação para o Simpósio Estudantil UMaine de 2020 intitulado “Otimizando Membranas Gated para Líquido para Captura e Liberação de Bioaerossol”, que lhe rendeu o Prêmio de Impacto de Pesquisa Presidencial Dr. Susan J. Hunter.

O conceito foi desenvolvido e refinado quando Howell, Maginnis, Schiffman e Holmes perceberam que isso também poderia se aplicar a aerossóis contendo vírus nos primeiros dias da pandemia de COVID-19.

“A COVID-19 tem sido um lembrete constante do importante papel que os recursos de biovigilância fornecem para que os tomadores de decisão tenham informações detalhadas para reduzir os riscos biológicos”, diz Regan, agora membro do Centro Janne E. Nolan de Armas Estratégicas, um instituto da Conselho de Riscos Estratégicos em Washington, DC

“Somente no ano passado, o mundo experimentou patógenos de alta consequência, incluindo um surto de varíola símia (ou mpox), um ressurgimento do Ebola no Sudão e um alto número de casos de infecção pelo vírus sincicial respiratório (VSR). não seja maior, e esperamos que mais investimentos em filtros de ar com revestimento líquido possam ajudar a aprimorar os recursos de biovigilância para detecção de aerossóis.”