AT522961B1

AT522961B1 - Elektrofilter

Info

Publication number: AT522961B1
Application number: ATA50276/2020A
Authority: AT
Inventors: Schifko Martin; Eslamian Alireza
Original assignee: Ess Holding Gmbh
Priority date: 2020-04-01
Filing date: 2020-04-01
Publication date: 2021-04-15
Also published as: AT522961A4; WO2021195683A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Neutralisieren von unbelebten und einzelligen Pathogenen (1) aus einem Luftstrom mit einem Filter (2) beschrieben, der offen durchgängige Poren (3) aufweist, deren Innenwände (4) wenigstens abschnittsweise mit positiv geladenen Ionen (5) beschichtet sind. Um eine Vorrichtung der eingangs beschrieben Art so auszugestalten, dass, insbesondere bei deren Einsatz als Mund-Nasen-Schutz, das Erkrankungsrisiko langfristig gesenkt werden kann, wird vorgeschlagen, dass ein erster Teil der positiv geladenen Ionen (5) an Linker (7) gebunden ist, der über ein wasserlösliches Bindeelement (8) an den Innenwänden (4) der Poren (3) angesetzt ist.

Description

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Neutralisieren von unbelebten und einzelligen Pathogenen aus einem Luftstrom mit einem Filter, der offen durchgängige Poren aufweist, deren Innenwände wenigstens abschnittsweise mit positiv geladenen lonen beschichtet sind.

[0002] Zum Neutralisieren von unbelebten und einzelligen Pathogenen wie Viren oder Bakterien ist es bekannt, poröse Filter mit offen durchgängigen Poren, beispielsweise aus einem mehrschichtigen Verbund aus Zellulose, Polyester und Polypropylen einzusetzen. Die Oberfläche dieser Filter wird dabei mit positiv geladenen lonen beschichtet, um die negativ geladenen Gruppen der Pathogenhüllen zu binden und die Pathogene selbst damit zu neutralisieren. Die Schutzwirkung entsteht dabei durch eine Immobilisierung der Pathogene auf der Filteroberfläche.

[0003] Nachteilig ist an solchen Filtern, dass nicht alle Pathogene an der Filteroberfläche gebunden werden können und somit weiterhin ein vermindertes Infektions- und damit Erkrankungsrisiko besteht.

[0004] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art, insbesondere bei deren Einsatz als Mund-Nasen-Schutz, das Erkrankungsrisiko langfristig zu senken.

[0005] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass ein erster Teil der positiven lonen an Linker gebunden ist, der über ein wasserlösliches Bindeelement an den Innenwänden der Poren angesetzt ist. Zufolge dieser Maßnahmen verbleiben die an die positiv geladenen lonen gebundenen Pathogene nicht auf der Oberfläche des Filters, sondern können diesen verlassen, nachdem sie durch die Bindung an das positiv geladene lon zumindest so teilweise neutralisiert wurden, dass eine Immunantwort auf die neutralisierten Pathogenreste möglich wird. Unter einer Neutralisierung wird dabei das Beschädigen der Außenhülle des Pathogens oder die Funktionsbeeinträchtigung zumindest einiger Glycoproteine verstanden, was auch aufgrund der chemischen Abläufe nach dem Verlassen des Filters erfolgen kann. Aufgrund der im Luftstrom, wie beispielsweise der Atemluft, verfügbaren Luftfeuchtigkeit werden nämlich die wasserlöslichen Bindelemente gelöst, sodass der verbleibende Linker gemeinsam mit dem positiv geladenen lon und dem daran gebundenen Pathogen freigegeben wird. Diese Wirkung tritt aber nicht sofort, sondern erst zeitversetzt und schrittweise mit einem Anstieg der im Filter vorhandenen Luftfeuchtigkeit ein, sodass die Menge der abgegebenen neutralisierten Pathogenreste gering bleibt. Je nach eingesetztem Bindeelement kann die Erwärmung durch den Luftstrom, wie beispielsweise durch Atemluft, die Lösung des Bindeelements begünstigen. Als wasserlösliches Bindeelement können beispielsweise Stärkemoleküle eingesetzt werden. Geeignete Linker zwischen Stärke und den positiv geladenen lonen sind je nach Art der lonen für den Fachmann hinlänglich bekannt.

[0006] Um ein Lösen der Bindeelemente weiter zu begünstigen, können die Poren im Bereich der wasserlöslichen Bindeelemente eine hydrophile Beschichtung aufweisen. Die im Luftstrom gebundene Luftfeuchtigkeit kann sich somit gleichmäßiger auf den Innenwänden der Poren absetzen, sodass ein punktuelles Lösen nur weniger Bindeelemente zugunsten eines gleichmäßigen Löseverhaltens vermieden werden kann. Gleichzeitig kann somit verhindert werden, dass sich Pathogene in sich bildenden Tröpfchen sammeln und auf diese Weise einer Erkrankung vorgebeugt werden.

[0007] Damit auch bei einer hohen Konzentration von Pathogenen im Luftstrom eine Immunisierung mit verringertem Risiko eines Krankheitsausbruchs erfolgen kann, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass ein zweiter Teil der positiv geladenen lonen wasserunlöslich an den Innenwänden der Poren angesetzt ist. Auf diese Weise wird nur eine erste Fraktion neutralisierter Pathogene freigegeben, während eine zweite Fraktion in den Poren des Filters verbleibt. Durch das Verhältnis von wasserlöslich und wasserunlöslich an den Innenwänden der Poren angesetzten positiv geladenen lonen kann die Menge der freigegebenen neutralisierten Pathogene eingestellt

werden. Darüber hinaus verhindern die wasserunlöslich an den Innenwänden der Poren angesetzten positiven lonen eine abermalige Anlagerung bereits gelöster an neutralisierte Pathogene gebundener positiv geladener lonen durch die elektrostatische Abstoßung.

[0008] Zur Verbesserung der Bindungswahrscheinlichkeit der positiv geladenen lonen wird vorgeschlagen, dass der Filter zwischen zwei Elektroden zum Anlegen eines elektrischen Wechselfeldes angeordnet ist. Zufolge der durch das Wechselfeld eingebrachten Energie wird nicht nur eine chemische Bindungsreaktion erleichtert, sondern auch eine für eine Bindung erforderliche Rekonfiguration von Ligand und/oder Rezeptor als Bindungspartner energetisch begünstigt.

[0009] Versuche haben gezeigt, dass bei der Verwendung von positiv geladenen Eisenionen zufolge deren ferromagnetischen Eigenschaften eine besonders gute Wechselwirkung mit dem elektrischen und damit elektromagnetischen Wechselfeld erreicht wird, sodass der Energieeintrag über das Wechselfeld besonders effizient und vor allem gut regelbar erfolgen kann. Insbesondere kann ein Eisenoxid-Ion zum Einsatz kommen, das sich besonders vorteilhaft an eine Polyethylenglykolkette als Linker binden lässt.

[0010] Zur Verbesserung der Filtereigenschaften der vorgeschlagenen Vorrichtung kann der Filter eine Filterplatte bildet, die parallel zu einer größten Plattenoberfläche vom Luftstrom durchströmt ist. Damit ergeben sich im Gegensatz zu einer bei solchen Filtern üblichen Durchströmung normal auf eine größte Plattenoberfläche längere Verweildauern der Pathogene innerhalb der Poren des Filters, sodass eine bessere Neutralisierungswirkung ermöglicht wird. Darüber hinaus steigt bei einer solchen Konfiguration die Feuchtigkeitskonzentration innerhalb des Filters graduell vom Einlass des Luftstroms zum Auslass an, sodass in Richtung des Luftstroms aufeinanderfolgende Bereiche des Filters nacheinander die neutralisierten Pathogene freigeben und somit die Gesamtanzahl freigegebener Pathogene über einen längeren Zeitraum konstant geringgehalten werden kann.

[0011] In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen

[0012] Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine Pore des erfindungsgemäßen Filters mit ungebunden Pathogenen,

[0013] Fig. 2 einen der Fig. 1 entsprechenden Schnitt mit teilweise gebundenen Pathogenen,

[0014] Fig. 3 einen den Figs. 1 und 2 entsprechenden Schnitt mit teilweise gelösten Bindeelementen und

[0015] Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem größeren Maßstab.

[0016] Eine Vorrichtung zum Neutralisieren von unbelebten und einzelligen Pathogenen 1 weist einen Filter 2 auf, der von mehreren offen durchgängigen Poren 3 durchsetzt ist. Diese Poren 3 sind an ihren Innenwänden 4 mit zum Teil wasserlöslich an die Innenwände 4 angesetzte positiv geladenen lonen 5 und mit zum Teil wasserunlöslich an die Innenwände angesetzte positive l0nen 6 versehen.

[0017] Die wasserlöslich angesetzten positiv geladenen lonen 5 sind an Linker 7 gebunden, die wiederum über ein wasserlösliches Bindeelement 8 an den Innenwänden 4 der Poren 3 angesetzt sind. Die positiv geladenen lonen 5, 6 können beispielsweise Eisenionen sein, während es sich beim Bindeelement 8 um ein Stärkemolekül handeln kann. Der Linker 7 kann beispielsweise aus einer funktionalisierten Polyethylenglykol-Kette bestehen, die entweder direkt oder indirekt, beispielsweise über Antikörper, an das Bindeelement 8 und/oder die positiv geladenen lonen 5 gekoppelt ist.

[0018] Wird der erfindungsgemäße Filter 2 von einem Luftstrom durchströmt, durchlaufen die in dem Luftstrom schwebenden Pathogene 1 die Poren 3 des Filters 2, wie dies der Fig. 1 entnommen werden kann.

[0019] Durch die negativ geladenen Gruppen der Hüllen der Pathogene 1 kommt es zu einer Anziehung zwischen den Pathogenen 1 und den positiv geladenen lonen 5, 6, sodass es in

weiterer Folge zu Bindungen zwischen den Pathogenen 1 und den positiv geladenen lonen 5, 6 kommt, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist.

[0020] Durch die im Luftstrom vorhandene Luftfeuchtigkeit kommt es mit zunehmender Verwendungsdauer des Filters 2 zu einer Anlagerung der Luftfeuchtigkeit auf den Innenwänden 4 der Poren 3. Um eine bessere Verteilung der Luftfeuchtigkeit auf den Innenwänden 4 zu ermöglichen, können diese mit einer hydrophilen Beschichtung versehen sein, die in der Zeichnung nicht näher dargestellt ist.

[0021] In einer bevorzugten Ausführungsform, die in einer Überblicksdarstellung in der Fig. 4 gezeigt ist, ist der Filter 2 zwischen zwei Elektroden 9, 10 angeordnet, die durch Anlegen einer Wechselspannung im Zwischenraum zwischen den Elektroden 9, 10 und damit auch innerhalb der Poren 3 des Filters 2 ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugen. Besonders in diesem Zusammenhang und zur Erhöhung der Verweildauer des zu filternden Luftstroms in den Poren 3 kann der Filter 2 eine Filterplatte bilden, die parallel zu einer größten Plattenoberfläche, beispielsweise in der dargestellten Strömungsrichtung 11 vom Luftstrom durchströmt ist.,

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Neutralisieren von unbelebten und einzelligen Pathogenen (1) aus einem Luftstrom mit einem Filter (2), der offen durchgängige Poren (3) aufweist, deren Innenwände (4) wenigstens abschnittsweise mit positiv geladenen lonen (5) beschichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Teil der positiv geladenen lonen (5) an Linker (7) gebunden ist, der über ein wasserlösliches Bindeelement (8) an den Innenwänden (4) der Poren (3) angesetzt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren (3) im Bereich der wasserlöslichen Bindeelemente (8) eine hydrophile Beschichtung aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Teil der positiv geladenen lonen (6) wasserunlöslich an den Innenwänden (4) der Poren (3) angesetzt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (2) zwischen zwei Elektroden (9, 10) zum Anlegen eines elektrischen Wechselfeldes angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die positiv geladenen lonen (5, 6) Eisenionen sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (2) eine Filterplatte bildet, die parallel zu einer größten Plattenoberfläche vom Luftstrom durchströmt ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen