Una membrana filtrante rende innocui i virus

I virus possono diffondersi in diversi modi. Alcuni lo fanno attraverso goccioline e aerosol, come il nuovo coronavirus, mentre altri si trovano nell'acqua, come i rota o gli enterovirus.

Finora, questi virus acquatici sono stati rimossi dall'acqua utilizzando la nanofiltrazione o il processo di osmosi inversa, che è costoso e inquina l'ambiente. I nanofiltri, ad esempio, sono costituiti da materie prime a base di petrolio, mentre l'osmosi inversa richiede una quantità relativamente elevata di energia.

Sviluppata una membrana ecologica

Ora un team internazionale di ricercatori guidato da Raffaele Mezzenga, professore di Alimenti e materiali morbidi presso l'ETH di Zurigo, ha sviluppato una nuova membrana filtrante altamente efficace nell'eliminare i virus dall'acqua e rispettosa dell'ambiente. Per la sua produzione i ricercatori hanno utilizzato materiali di partenza naturali.

La membrana filtrante si basa sullo stesso principio che Mezzenga e i suoi collaboratori hanno sviluppato per rimuovere i metalli pesanti o preziosi dall'acqua. La membrana si basa su proteine del siero di latte denaturate che si assemblano in minuscole fibre note come fibrille amiloidi. I ricercatori hanno ora combinato questa impalcatura di fibrille con nanoparticelle di idrossido di ferro (Fe-O-HO).

La produzione della membrana è relativamente semplice. Per produrre le fibrille, le proteine del siero di latte provenienti dalla lavorazione del latte vengono aggiunte all'acido e riscaldate a 90 gradi Celsius. In questo modo le proteine si allungano e si attaccano l'una all'altra, formando piccole fibre. Le nanoparticelle possono essere prodotte nello stesso recipiente di reazione delle fibrille, aumentando il valore del pH e aggiungendo un sale di ferro. Questo si "decompone" in nanoparticelle di idrossido di ferro, che si attaccano alle fibrille amiloidi. In questo caso, Mezzenga e i suoi collaboratori hanno usato la cellulosa come sponsor per la membrana.

La combinazione di fibrille amiloidi e nanoparticelle di ossido di ferro rende la membrana una trappola altamente efficace ed efficiente per i vari virus che circolano nell'acqua. L'ossido di ferro, carico positivamente, attrae elettrostaticamente i virus carichi negativamente e li inattiva. Le fibrille amiloidi da sole non sarebbero in grado di farlo perché, come le particelle virali, sono anch'esse cariche negativamente a un valore di pH neutro. Tuttavia, le fibrille sono lo sponsor ideale per le nanoparticelle di ossido di ferro.

Eliminazione altamente efficiente di vari virus

La membrana elimina diversi virus presenti nell'acqua, tra cui adenovirus senza guaina, retrovirus ed enterovirus, che possono causare pericolose infezioni gastrointestinali. Ogni anno, circa mezzo milione di persone - spesso bambini piccoli nei Paesi in via di sviluppo e di recente industrializzazione - muoiono a causa di infezioni da enterovirus. Questi ultimi sono estremamente tenaci e resistenti agli acidi e rimangono nell'acqua per molto tempo. La membrana filtrante potrebbe quindi aiutare a prevenire queste infezioni, soprattutto nei Paesi più poveri.

La membrana elimina anche i virus dell'influenza H1N1 e il virus Sars-Cov-2 dall'acqua in modo molto efficiente. Nei campioni filtrati, la concentrazione di entrambi i virus era inferiore al limite di rilevamento, il che equivale a un'eliminazione quasi completa di questi agenti patogeni.

"Siamo consapevoli che il nuovo coronavirus si trasmette principalmente tramite goccioline e aerosol. Ma anche in questo caso deve essere sempre circondato dall'acqua. Il fatto che siamo in grado di rimuoverlo in modo molto efficiente anche dall'acqua sottolinea l'ampia applicabilità della nostra membrana", afferma Mezzenga.

La membrana è stata progettata principalmente per essere utilizzata negli impianti di trattamento delle acque reflue o nel trattamento dell'acqua potabile. Tuttavia, potrebbe essere utilizzata anche nei sistemi di filtrazione dell'aria o persino nelle maschere. È composta esclusivamente da materiali biocompatibili - quindi potrebbe essere semplicemente compostata dopo l'uso - e può essere prodotta con un apporto energetico minimo. Ha quindi un'eccellente impronta ambientale, come dimostrano anche i ricercatori nel loro studio. La filtrazione è passiva, cioè non richiede energia aggiuntiva, il che rende il suo funzionamento neutro dal punto di vista delle emissioni di CO2 e lo predestina a varie collocazioni.

Oltre al laboratorio di Raffaele Mezzenga, hanno partecipato al lavoro scienziati di diverse università svizzere, tra cui specialisti di virus delle Università di Zurigo, Losanna e Ginevra, dell'EPFL, dell'Università di Cagliari e dell'ETH di Zurigo. pagina esternaBluAct. L'azienda detiene il brevetto di questa nuova tecnologia.