Одной из фундаментальных проблем в области фильтрующих материалов является их эффективное применение для противодействия распространению инфекций, в частности вирусов. В настоящее время технологии фильтрации воздушных и водных сред активно используются для решения этой задачи в средствах индивидуальной защиты (СИЗ), в системах очистки воздуха в местах общественного пользования и в системах водоснабжения путем механической фильтрации частиц. Проблемами текущих подходов фильтрации воздушных и водных сред являются накопление патогенных микроорганизмов на поверхности и объеме фильтра, а также их относительно низкая эффективность работы с микроорганизмами размером менее 200 нм при низком сопротивлении фильтрующих материалов и оптимальных массогабаритных характеристиках. Таким образом требуются новые подходы к технологиям дезинфекции, основанные как на механической фильтрации, так и на методах деактивации патогенов. Задача особенно актуальна в контексте стремительно развивающихся эпидемий и пандемий, а также новых биогенных угроз.

В настоящий момент для дезинфекции широко используется УФ-излучение, фильтрование частиц вирусных аэрозолей, либо частиц с патогенами в водной среде. Одновременно с этим развиваются аддитивные методы изготовления сложно устроенных и оптимизированных трехмерных структур, в том числе пригодные к промышленному производству. С третьей стороны, методы фотоники позволяют проектировать материалы для оптимизации распространения и максимизации воздействия оптического излучения в сложных искусственных средах. На пересечении указанных областей возможно создание нового материала, соединяющего подходы УФ-дезинфекции и оптимизированной сложной трехмерной фильтрующей структуры.

Настоящее направление нацелено на разработку нового класса фильтрующих метаматериалов — совмещающих механические фильтрующие и оптические дезинфицирующие свойства, благодаря совместному использованию аддитивных методов изготовления и ультрафиолетового излучения для дезинфекции. Результаты исследований могут быть использованы при разработке фильтров нового поколения с увеличенной эффективностью для использования в средствах индивидуальной защиты, системах вентиляции и водоснабжения, а также фильтрующих устройствах для жидкостей и аэрозолей.

В рамках данного направления идут работы по численному моделированию структур, их 3Д-печать и разработка функциональных материалов для удовлетворения следующим требованиям:

• Структуры обладают свойствами диффузионных мембран, сходных по конструкции с HEPA
• Волоски мембран являются прозрачными для УФ и работают, как световоды
• При функционировании изделия происходит очистка внутренней поверхности фильтра от патогенов
• Обеспечивается эффективная доставка УФ-излучения, разрушающего ДНК и РНК-цепочки патогенов в объем мутной среды для обеззараживания