Графен способен защитить людей от комаров

Обновлено: 19.09.2024

Исследование также опубликовали в официальном журнале Национальной академии наук США.

Графен имеет ряд интересных с точки зрения использавания свойств, благодаря которым исследователи постоянно находят новые способы его применения, большинство из которых связана с электроникой. Авторы новой работы протестировали принципиально другое применение, связанное с защитой от укусов комара Aedes aegypti, который является причиной заражения людей по всему миру.

В исследовании описаны испытания нового типа защиты от комаров на основе графена — модификации углерода, которая представляет собой гексагональную решетку атомов углерода толщиной в один атом. Ученые показали, что пленки на основе этого вещества могут служить основой двух степеней защиты от комаров: химической и механической.

Сначала исследователи работали над одеждой, которая сможет защитить человека от токсичных химикатов. Но оказалось, что ткань с графеном защищает еще и от комаров, поскольку насекомые не могут проколоть своим хоботком даже тончайший слой графенового одежды. Также выяснилось, что ткань работает барьером в обоих направлениях: она не пропускает химические сигналы, на основе которых комары ищут жертву. Таким образом, насекомые перестают «видеть» — во время эксперимента комары даже не садились на испытуемых в одежде с графеном.

Однако позже у материала нашли недостаток: оказалось, что он эффективен от комаров, только когда сухой. Даже после небольшого дождя ткань теряла защитные свойства, позволяя насекомым кусать людей.

Чтобы решить проблему ученые разработали ткань на основе другой формы оксида графена с пониженным содержанием кислорода. Он оказался эффективным против комаров во всех случаях, но не пропускал воздух. Теперь ученые ищут способ сделать ткань одновременно удобной и такой, которая защищает от насекомых как в сухом, так и мокром состояниях.

В случае успеха разработка ученых из Университета Брауна может положительно повлиять на глобальное здравоохранение. По данным Всемирной организации здравоохранения, комары ежегодно приводят к «миллионам смертей», ведь выступают переносчиками различных заболеваний, в частности, малярии, желтой лихорадки, лихорадки денге, некоторых энцефалитов и др.

Исследователи из Университета Брауна создали одежду на основе оксида графена, которая полностью защищает владельца от комаров. Насекомые не только не могут пробиться хоботом сквозь материал, но и «не чувствуют» человека. Об этом говорится на сайте университета, результаты исследования также опубликовали в PNAS — официальном журнале Национальной академии наук США.

Изначально исследователи работали над одеждой, которая сможет защитить человека от токсичных химикатов. Но оказалось, что ткань с графеном защищает ещё и от комаров.

Как выяснили учёные, насекомые не могут проколоть своим хоботком даже тончайший слой графеновой одежды. Также выяснилось, что ткань работает барьером в обоих направлениях: она не пропускает химические сигналы, на основе которых комары ищут жертву. Таким образом, комары перестают «видеть» человека — во время эксперимента учёных насекомые даже не садились на испытуемых в одежде с графеном.

Чтобы решить проблему учёные разработали ткань на основе другой формы оксида графена с пониженным содержанием кислорода. Он оказался эффективен против комаров во всех случаях, но не пропускал воздух. Теперь учёные ищут способ сделать ткань одновременно удобной для носки и защищающей от насекомых и в сухом и в мокром состоянии.

В случае успеха разработка учёных из Университета Брауна может положительно повлиять на глобальное здравоохранение. По данным Всемирной организации здравоохранения, комары ежегодно приводят к «миллионам смертей», потому что выступают переносчиками различных заболеваний.

Графен — материал из одного слоя атомов углерода, находящихся на двухмерной гексагональной металлической решётке. Он обладает уникальными свойствами: он лёгкий, но в 100 раз прочнее стали.

Впервые графен получили в 2004 году британские учёные российского происхождения Андрей Гейм и Константин Новоселов из Манчестерского университета. В 2010 году за это исследователи получили Нобелевскую премию по физике.

Чрезвычайно тонкий, но при этом твёрдый и прочный, отличный проводник тепла и электричества, обладает антибактериальными свойствами – это лишь немногие характеристики из "досье" на чудо-материал графен. Напомним, что он представляет собой слой углерода толщиной в один атом.

Сфера использования графена практически безгранична: от создания гибкой электроники и парусов для космических зондов до поиска взрывчатки и очистки воды.

Между тем учёные из Университета Брауна в США нашли новое, довольно оригинальное применение графену.

Как выяснилось, революционный материал поможет обеспечить двойную защиту от укусов комаров. Во-первых, ультратонкий графен действует как барьер, блокирующий укусы назойливых кровопийц. Во-вторых, он также "глушит" химические сигналы, которые комары используют для выбора жертвы.

Таким образом, материал притупляет желание насекомого впиться в кожу человека. Но даже если высадка комариного десанта произойдёт, атака закончится провалом.

Чтобы обеспечить такую защиту, исследователи предлагают создавать одежду с графеновой подкладкой. Отмечается, что такой вариант исключает присутствие токсинов, чем грешат многие репелленты.

"Комары являются переносчиками болезней во всём мире, и существует большой интерес к нехимической защите от их укусов. Мы работали над тканями, которые включают графен в качестве барьера против токсичных химикатов, и задумались, для чего ещё может пригодиться этот подход. Мы подумали, что, возможно, графен может обеспечить защиту от укусов комаров", – рассказывает старший автор статьи профессор Роберт Хёрт (Robert Hurt).

Чтобы выяснить, сработает ли такая защита, исследователи пригласили принять участие в эксперименте несколько отважных добровольцев. Они помещали руки в камеру, заполненную комарами, чтобы те могли кусать лишь небольшой участок кожи.

Кровопийц, известных как жёлтолихорадочные комары, разводили в лабораторных условиях, чтобы исключить заражение любыми инфекциями.

Исследователи создали экспериментальную установку, чтобы проверить, может ли графен защитить людей от укусов комаров.

Учёные сравнили количество укусов, полученных участниками с голой кожей, с кожей, покрытой марлей, и с кожей, покрытой плёнкой оксида графена (GO), укрытой сверху марлей.

Этот эксперимент показал, что наличие графена является сдерживающим фактором для комаров. В тех случаях, когда кожа добровольцев была покрыта графеновыми "щитами", участники не получили ни единого укуса. А вот на голой и покрытой марлей коже насекомые пировали.

Примечательно, что комары кардинально изменили своё поведение, когда руки участников были покрыты плёнкой из оксида графена. По словам учёных, насекомые не замечали потенциальную "добычу".

"Мы предполагали, что графен станет физическим барьером для укусов. Но когда мы просмотрели [видеозаписи] этих экспериментов, мы предположили, что он также стал химическим барьером", – вспоминает ведущий автор работы Синтия Кастильо (Cintia Castilho).

Чтобы подтвердить это предположение, команда нанесла немного человеческого пота на наружную сторону графенового покрытия и отправила в логово комаров. Последние среагировали на химические сигналы так же, как если бы перед ними была голая человеческая кожа. Таким образом, учёные пришли к выводу, что в предыдущем эксперименте графеновое покрытие мешало комарам улавливать те самые сигналы, исходящие от человеческого тела.

На следующем этапе авторы работы имитировали укусы комаров при помощи иглы а-ля хоботок и проводили компьютерное моделирование процесса укуса. Выяснилось, что комарам не хватает сил, чтобы проколоть графеновую плёнку, но лишь в том случае, если она сухая. А вот влажный материал (в тестах его пропитывали водой) становится уязвимым для проколов.

Однако было показано, что другая форма – rGO, или восстановленный оксид графена (с пониженным содержанием кислорода) – обеспечивает надёжную защиту не только в сухом, но и во влажном состоянии.

В дальнейшем специалисты хотят найти способ стабилизировать оксид графена, чтобы он сохранял прочность даже будучи влажным. Это необходимо потому, что обычный оксид графена имеет важные преимущества перед восстановленным.

"GO дышащий, то есть он позволяет потеть, а rGO – нет. Мы предпочитаем воплотить в жизнь эту технологию, отыскав способ механически стабилизировать GO, чтобы он оставался прочным во влажном состоянии. Так мы получим все преимущества: воздухопроницаемость и защиту от укуса", – пояснил Роберт Хёрт.

В конечном итоге команда надеется, что их технология найдёт применение в проектировании одежды. Правильно сконструированные графеновые подкладки защитят людей не только от укусов кровососущих насекомых, но и от опасных инфекций, которые те переносят.

Подробнее об этой разработке рассказывается в статье, опубликованной в журнале PNAS.

Кстати, ранее учёные отыскали более радикальный способ защиты от комаров: они вывели генетически модифицированных насекомых, неспособных переносить малярию и даже размножаться.

Один из соавторов статьи, Роберт Херт, отмечает, что поскольку комары являются переносчиками опасных болезней, существует "большой интерес к стратегиям нехимической защиты".

Сообщается, что американские ученые нашли неожиданное применение ультратонкому графену, материалу, представляющему собой слой углеродного волокна толщиной в один атом. Гибкий и в то же время чрезвычайно прочный, графен становится основой множества изобретений. И вот появилось одно из необычных — графеновая пленка для одежды.

23 августа 2019, 13:18 Авторы статьи отмечают, что идея использовать графен от укусов комаров появилась неслучайно. Занимаясь производством графенсодержащих тканей, предназначенных для защиты от токсичных химических веществ, разработчики решили проверить, может ли новый материал с тонким графеновым слоем защитить от комаров.

В эксперименте приняли участие несколько добровольцев. Они запускали руку в камеру, где находились около 100 желтолихорадочных комаров (Aedes aegypti), которых разводили в лабораторных условиях, а значит, они не были переносчиками инфекции.

Испытуемым дали ткань, которая закрывала кисть и предплечье. У одних участников эксперимента это была марля, у других — материал, содержащий оксид графена (GO), третьи не получили никакой защиты.

Согласно результатам эксперимента, не получили ни одного укуса те добровольцы, рука которых была защищена материалом, содержащим GO. У участников из остальных групп были многочисленные укусы голодных насекомых.

"Удивительно, но комары даже не сели на ткань, под которой была пленка из GO", — рассказывает соавтор работы Синтия Кастильо.

Первоначальный план состоял в том, чтобы создать физическую защиту на основе графена. Но, вероятно, он также стал химическим барьером.

24 июня 2019, 21:58 И для того, чтобы подтвердить это предположение, ученые нанесли на наружную сторону графенового покрытия немного человеческого пота, привлекая тем самым насекомых.

Комары слетелись на этот участок, получив химические сигналы словно бы от голой кожи. Оказалось, графеновое покрытие мешало комарам улавливать сигналы, исходящие от человеческого тела.

Однако во влажных условиях значительно уменьшается защитный эффект графенового покрытия: когда материал с GO пропитывали водой, комарам удавалось проколоть хоботком ткань. Есть и альтернативный материал — восстановленный оксид графена с пониженным содержанием кислорода. Он устойчив к воздействию влаги и обеспечивает надежную защиту. Однако восстановленный оксид графена имеет свой недостаток: он воздухонепроницаемый, что делает его непригодным для использования в одежде.

ТАСС, 2 марта. Физики выяснили, что если вставить в обычные респираторы класса N95 слой с пастой из графена и фторсодержащей органики, их можно сделать гораздо долговечнее и эффективнее. Описание разработки опубликовал научный журнал Oxford Open Materials Science.

После изначального скепсиса по отношению к маскам и респираторам их все же стали широко использовать для замедления пандемии коронавирусной инфекции. Однако на всех их не хватало, поэтому врачи стали изобретать свои методы дезинфекции масок, а обыватели придумывали, как шить их из подручных материалов.

В своей новой работе физики под руководством доцента Института фундаментальных исследований имени Таты (Индия) Тарангатту Нараянана облегчили эту задачу. Они выяснили, как маски можно сделать более долговечными. Ученые исследовали, как вирусные частицы взаимодействуют с различными слоями респираторов.

Как правило, маски не пропускают вирусы благодаря особому защитному слою, который притягивает микроскопические частицы материи за счет электростатики. Со временем этот слой теряет эффективность, поэтому срок годности подобных масок и респираторов ограничен.

Нараянан и его коллеги выяснили, что эту проблему можно обойти, если покрыть один из внутренних слоев респиратора пастой из графена и фторсодержащих органических соединений. В состоянии покоя эта смесь притягивает вирусы и мелкую пыль так же эффективно, как материалы, которые обычно используют при производстве респираторов класса N95.

Вирусные частицы из такого материала можно достаточно легко удалить: достаточно потереть ее пальцем, чтобы значительная часть вирусов перестала прилипать к пасте. Это происходит из-за того, что электрические свойства материала сильно меняются при приложении механической нагрузки.

Кроме того, смесь из графена и соединений фтора химически инертна, поэтому ее можно легко очищать от микробов и крупных частиц пыли перекисью водорода.

Разработчики создали на основе этого материала несколько прототипов респираторов, варьируя число защитных слоев и их толщину. Чтобы такой респиратор защищал человек так же хорошо, как и обычный, класса N95, нужно всего три слоя ткани. В обычных респираторах их четыре или пять.

Дальнейшие тесты показали, что подобные прототипы успешно переносят несколько циклов очистки, причем защищают от вирусов так же хорошо, как и раньше. Себестоимость такого респиратора – около $1 (74 рубля по текущему курсу ЦБ РФ). Ученые надеются, что благодаря этому подобные респираторы быстро начнут использовать на практике.

Ученые продемонстрировали, что пленки из многослойного графена успешно предотвращают укусы комаров. В сухих условиях насекомые оказались неспособны химически почувствовать запах кожи или крови, а в некоторых случаях механическая прочность графеновых листов обеспечила препятствие от проникновения. Открытие позволит разработать новые защитные ткани, пишут авторы в журнале PNAS.

Самки комаров питаются кровью млекопитающих, в том числе человека, и распространяют многие опасные заболевания, такие как малярия, лихорадка денге и желтая лихорадка, вирус Чикунгунья, вирус Зика и лихорадка Западного Нила. В результате укусов этих насекомых сотни тысяч людей погибают ежегодно и миллионы заражаются нелетальными формами заболеваний.

Защите от комаров посвящено множество научных исследований. В частности, в последние годы ученым удалось отключить комарам аппетит, сделать аналог ботокса оружием против распространителей малярии, сломать систему поиска человека и радикально уменьшить число заражений лихорадкой денге при помощи насекомых с ослабленной способностью к передаче заболеваний. Также заражение тигровых комаров специальной бактерией позволило практически полностью истребить их на двух островах.

В работе сотрудников Брауновского университета в США описаны испытания нового типа защиты от комаров на основе графена — аллотропной модификации углерода, представляющей собой листы из шестиугольных ячеек толщиной в один атом. Исследователи показали, что пленки на основе этого вещества могут служить основой двух степеней защиты от комаров: химической и механической.

Графен обладает рядом интересных с точки зрения применений свойств, благодаря которым исследователи постоянно находят новые способы его применения, большинство из которых связано с электроникой. Авторы новой работы протестировали принципиально иное применение, связанное с защитой от укусов комара желтолихорадочного Aedes aegypti, ответственного за заражение людей по всему миру.

Во-первых, ученые обнаружили, что сухие пленки из графена мешают комарам почувствовать жертву — видимо, посредством блокирования выделения молекул аттрактантов. Вследствие этого насекомые не пытались сесть и укусить защищенный участок кожи. Во-вторых, комарам оказалось трудно механически проткнуть многослойный графен, что было подтверждено опытами с прокалыванием пленки иголками и математическим моделированием.

Ученые проводили опыты не только с графеном, но и с похожими веществами, такими как оксид графена (graphene oxide — GO) и восстановленный оксид графена (reduced graphene oxide — rGO). С одной стороны rGO в плане противодействия комарам оказался лучше GO, потому что последний легче прокалывается в мокром состоянии, а rGO продолжает защищать как в сухом, так и во влажном виде. Однако rGO непроницаем для воды, то есть сквозь него также не будет выделяться пот, что может привести к осложнениям при длительном контакте с кожей. Поэтому ученые собираются сконцентрироваться на улучшении параметров обычного оксида, чтобы он был прочен вне зависимости от наличия воды.

Ранее комаров назвали переносчиками пластика из воды на сушу. Также ученым удалось превратить однослойный графен в газоразделительную мембрану и построить стену из графеновых кирпичей, а кора эвкалипта оказалась способна снизить стоимость производства графена в сотни раз.

Он будет действовать, как «два в одном». Станет барьером, который кровопийцы не смогут прокусить, и «глушилкой» химических сигналов тела, по которым эти насекомые выбирают таких жертв.

Американские учёные, работающие в Университете Брауна, изобрели графеновый «щит» против комаров. Этот чрезвычайно тонкий материал отлично проводит тепло и электричество. Также у него хорошие антибактериальные свойства. И при этом, с отличными показателями прочности и твёрдости.

Графен является слоем углерода, толщина которого лишь один атом. Сфера его применения стала уже почти безграничной. Теперь к этому добавилась ещё и эффективная защита от надоедливых «кровососов».

Для этого, учёные предлагают создание специальной одежды, в которой будет подкладка, выполненная из графена. Особо отмечается, что при этом будут полностью отсутствовать токсины, которые распространяют репелленты, применяемые в настоящее время.

Комары - это традиционные переносчики болезней. Поэтому во всём мире есть большой интерес к средствам нехимической защиты от их укусов.

Учёные решили попробовать в этом качестве графен. Проверить, насколько надёжен его «щит», предложили добровольцам. Тем пришлось засовывать руки в камеру, в которой было полно комаров. При этом, те имели возможность покусать только небольшой участок кожи.

После этого, учёные провели сравнение количества укусов у разных участников. У одних из них кожа была голой, у других - защищалась марлей, у третьих - под марлей была плёнка оксида графена.

В ходе эксперимента было установлено, что графен - это отличный сдерживающий фактор для комаров. Участники, имевшие такой «щит», не получили ни одного укуса.

Как сообщили учёные, они просто «не замечали» тех участников, руки которых покрывала плёнка из оксида графена. Первоначально использование этого материала предполагалось лишь в качестве физического барьера для укусов. Однако, как оказалось, он стал также химической преградой.

Комары не могли уловить сигналы, исходящие от человеческого тела таких участников.

После этого были проверены «прочностные» характеристики графена, на наружную сторону которого наносилось немного человеческого пота. Комары немедленно среагировали на это, и набросились на «жертву».

Когда покрытие было сухим, их хоботки не могли проколоть его. А вот, когда плёнку слегка увлажнили, некоторым особям это удалось.

Впрочем, учёные пока не сообщили даже приблизительную стоимость такого «щита», а также показатели его долговечности. Одежду, в любом случае, периодически стирают или отдают в химчистку.

Ученые создали одежду, которая эффективно защищает от укусов комаров и при этом сделана из очень тонкой ткани, а не типичного для курток или плащей материала. Эффект обеспечивает добавка графена, одномерной формы углерода.

Графен, который открыли в 2005 году Андрей Гейм и Михаил Новоселов, своими уникальными характеристиками привлекает многих ученых и инженеров. Углеродный лист толщиной всего в один атом практически полностью прозрачен, проявляет свойства полупроводника и обладает очень высокой удельной прочностью. Неудивительно, что этот материал пытаются с переменным успехом использовать в самых разных целях. Из него пробовали делать прозрачные электроды (1, 2), композиционные материалы, транзисторы, всевозможные датчики, аккумуляторы и даже смазку. Впрочем, пока графен нигде не смог всерьез потеснить своих традиционных конкурентов.

Новая разработка, описанная на страницах журнала Proceedings of the National Academy of Sciences, представляет собой легкую противокомариную ткань, в волокна которой добавили графен. Его чешуйки, во-первых, оказываются препятствием для сосущего «жала» насекомых, а, во-вторых, графен не выпускает те молекулы, которые помогают комарам находить свою цель.

Причем более эффективен оказывается именно второй механизм, блокирование запаха. Ученые выяснили это при помощи добровольцев, которые подставляли под укусы кожу под обычной или графеновой тканью. Во втором случае насекомые не просто реже кусали, но и реже садились на поверхность кожи испытуемых. Этот эффект, впрочем, пропадал тогда, когда кожа намокала: создать противомоскитные футболки для людей, занятых какой-то физической работой или просто потеющих на жаре, окажется непростой задачей.

Сколько будет стоить графеновая ткань, окажется ли она достаточно стойкой и технологичной, пока неясно. Но сами ученые считают, что искать способы обмануть кровососов стоит продолжить: рано или поздно должно получится. А это не только борьба за комфорт, но и предотвращение инфекций, которые разносят комары — от малярии до лихорадки Зика.

Ученые из Брауновского университета (США) разработали новый репеллент, не содержащий вредных химических веществ. От укусов комаров защитит слой графена в одежде, говорится в статье, опубликованной в журнале PNAS.

Роберт Херт, соавтор опубликованного исследования, говорит, что поскольку комары являются переносчиками опасных болезней, существует "большой интерес к стратегиям нехимической защиты".

Американские ученые нашли неожиданное применение ультратонкому графену, материалу, представляющему собой слой углеродного волокна толщиной в один атом. Гибкий и в то же время чрезвычайно прочный, графен становится основой множества изобретений. И вот появилось одно из необычных - графеновая пленка для одежды.

Идея использовать графен от укусов комаров появилась неслучайно. Занимаясь производством графенсодержащих тканей, предназначенных для защиты от токсичных химических веществ, разработчики решили проверить, может ли новый материал с тонким графеновым слоем защитить от комаров.

В эксперименте участвовали несколько добровольцев. Они запускали руку в камеру, где находились около 100 желтолихорадочных комаров (Aedes aegypti), которых разводили в лабораторных условиях, а значит, они не были переносчиками инфекции.

Испытуемым дали ткань, которая закрывала кисть и предплечье. У одних участников эксперимента это была марля, у других - материал, содержащий оксид графена (GO), третьи не получили никакой защиты.

Результат показал: не получили ни одного укуса те добровольцы, рука которых была защищена материалом, содержащим GO. У участников из остальных групп были многочисленные укусы голодных насекомых.

"Удивительно, но комары даже не сели на ткань, под которой была пленка из GO, - говорит соавтор работы Синтия Кастильо. - Первоначальный план состоял в том, чтобы создать физическую защиту на основе графена. Но, вероятно, он также стал химическим барьером".

Чтобы подтвердить это предположение, ученые нанесли на наружную сторону графенового покрытия немного человеческого пота, привлекая тем самым насекомых. Комары слетелись на этот участок, получив химические сигналы словно бы от голой кожи. Оказалось, графеновое покрытие мешало комарам улавливать сигналы, исходящие от человеческого тела.

Однако во влажных условиях значительно уменьшается защитный эффект графенового покрытия: когда материал с GO пропитывали водой, комарам удавалось проколоть хоботком ткань. В принципе есть альтернативный материал - восстановленный оксид графена, т.е. с пониженным содержанием кислорода: он устойчив к воздействию влаги и обеспечивает надежную защиту. Однако, как объясняет Херт, восстановленный оксид графена имеет недостаток: он воздухонепроницаемый, т.е. материал "не дышит", что делает его непригодным для использования в одежде.

Теперь задача ученых - создать восстановленный оксид графена, который одновременно будет дышать и защищать от укусов насекомых во влажных и сухих условиях. Если это удастся, одежда с графеновой пленкой не только защитит от комариных укусов, но и станет альтернативой сегодняшним репеллентам, которые вредны как для пользователя, так и для окружающей среды, пишет Forschung.

Читайте также: