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Mosquito incognito: Could graphene-lined clothing help prevent mosquito bites?
Date:
August 26, 2019
Source:
Brown University
Summary:
A new study shows that graphene sheets can block the signals mosquitoes use to identify a blood meal, potentially enabling a new chemical-free approach to mosquito bite prevention.
Das Nanomaterial Graphen hat aufgrund seiner potenziellen Verwendung in allen Bereichen, von Solarzellen bis hin zu Tennisschlägern, große Aufmerksamkeit erhalten. Eine neue Studie von Forschern der Brown University findet jedoch eine überraschende neue Verwendung für das Material: Verhinderung von Mückenstichen.
In einem Artikel, der in Proceedings der National Academy of Sciences veröffentlicht wurde, haben Forscher gezeigt, dass mehrschichtiges Graphen eine zweifache Abwehr gegen Mückenstiche bietet. Das ultradünne und dennoch starke Material fungiert als Barriere, durch die Mücken nicht eindringen können. Gleichzeitig haben Experimente gezeigt, dass Graphen auch chemische Signale blockiert, mit denen Mücken erkennen, dass sich eine Blutmahlzeit in der Nähe befindet. Die Ergebnisse legen nahe, dass Kleidung mit einem Graphenfutter eine wirksame Mückenbarriere sein könnte, sagen die Forscher.
"Mücken sind wichtige Überträger für Krankheiten auf der ganzen Welt, und es besteht großes Interesse an nicht-chemischem Mückenstichschutz", sagte Robert Hurt, Professor an der Brown's School of Engineering und leitender Autor der Zeitung. "Wir haben an Stoffen gearbeitet, die Graphen als Barriere gegen giftige Chemikalien enthalten, und wir haben darüber nachgedacht, wozu der Ansatz sonst noch gut sein könnte. Wir dachten, Graphen könnte möglicherweise auch Mückenstichschutz bieten."
Um herauszufinden, ob es funktionieren würde, rekrutierten die Forscher einige mutige Teilnehmer, die bereit waren, im Namen der Wissenschaft ein paar Mückenstiche zu bekommen. Die Teilnehmer legten ihre Arme in ein mit Mücken gefülltes Gehege, so dass den Mücken nur ein kleines Stück Haut zum Stechen zur Verfügung stand. Die Mücken wurden im Labor gezüchtet, damit bestätigt werden konnte, dass sie frei von Krankheiten sind.
Die Forscher verglichen die Anzahl der Bisse, die die Teilnehmer auf ihrer nackten Haut, auf mit Käsetuch überzogener Haut und auf mit Käsetuch umhüllter Haut mit Graphenoxid (GO) -Folien erhielten. GO ist ein Graphen-Derivat, das zu Filmen verarbeitet werden kann, die groß genug für Anwendungen im Makromaßstab sind.
Die Forscher stellten fest, dass Graphen ein Bissschutzmittel war. Wenn die Haut mit trockenen GO-Filmen bedeckt war, bekamen die Teilnehmer keinen einzigen Bissen, während die Haut mit nackten und mit Käsetuch bedeckten Haaren leicht hässlich war. Überraschend sei, dass die Mücken in Gegenwart des mit Graphen bedeckten Arms ihr Verhalten völlig veränderten.
"Mit dem Graphen landeten die Mücken nicht einmal auf dem Hautpflaster - es schien sie einfach nicht zu kümmern", sagte Cintia Castilho, Ph.D. Student bei Brown und der Hauptautor der Studie. "Wir waren davon ausgegangen, dass Graphen eine physikalische Barriere gegen Stichverletzungen darstellt. Als wir diese Experimente sahen, dachten wir jedoch, dass es auch eine chemische Barriere ist, die Moskitos daran hindert, zu spüren, dass jemand da ist."
Um die Idee der chemischen Barriere zu bestätigen, tupften die Forscher etwas menschlichen Schweiß auf die Außenseite einer Graphenbarriere. Mit den chemischen Fragen auf der anderen Seite des Graphens strömten die Mücken auf die gleiche Weise zu dem Fleck, wie sie zu nackter Haut strömten.
Andere Experimente haben gezeigt, dass GO auch Pannensicherheit bieten kann - aber nicht immer. Die Forscher verwendeten eine winzige Nadel als Ersatz für die Rüssel einer Mücke sowie Computersimulationen des Bissprozesses und zeigten, dass Mücken einfach nicht genug Kraft erzeugen können, um GO zu durchstechen. Dies gilt jedoch nur, wenn der GO trocken ist. Die Simulationen ergaben, dass GO anfällig für Stichverletzungen ist, wenn es mit Wasser gesättigt ist. Experimente haben gezeigt, dass Mücken durch nasses GO stechen können. Es wurde jedoch gezeigt, dass eine andere Form von GO mit reduziertem Sauerstoffgehalt (als rGO bezeichnet) eine Bisssperre bietet, wenn sie sowohl nass als auch trocken ist.
Ein nächster Schritt für die Forschung wäre, einen Weg zu finden, um den GO so zu stabilisieren, dass er bei Nässe härter ist, sagt Hurt. Das liegt daran, dass GO einen deutlichen Vorteil gegenüber rGO hat, wenn es um tragbare Technologie geht.
"GO ist atmungsaktiv, was bedeutet, dass Sie durch es schwitzen können, während RGO nicht", sagte Hurt. "Unsere bevorzugte Ausführungsform dieser Technologie wäre es, einen Weg zu finden, GO mechanisch zu stabilisieren, damit es im nassen Zustand stabil bleibt. Dieser nächste Schritt würde uns die vollen Vorteile der Atmungsaktivität und des Bissschutzes bieten."
Alles in allem, so die Forscher, ließe die Studie vermuten, dass für die Herstellung von Moskito-Schutzkleidung ordnungsgemäß gefertigte Graphen-Futter verwendet werden könnten.
Weitere Koautoren der Studie waren Dong Li, Muchun Liu, Yue Liu und Huajian Gao. |
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