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Ultralow-resistance and self-sterilization biodegradable nanofibrous membranes for efficient PM0.3 removal and machine learning-assisted health management
Journal of Hazardous Materials ( IF 12.2 ) Pub Date : 2024-09-16 , DOI: 10.1016/j.jhazmat.2024.135862 Xinjian He 1 , Xinyu Li 2 , Cunmin Wang 2 , Jiaqi Li 2 , Xinyi Song 2 , Guiying Zhu 3 , Xiang Li 3 , Yifan Zhang 3 , Xuanjin Zhu 3 , Jiang Shao 4 , Mingming Zhang 5 , Huan Xu 6
Journal of Hazardous Materials ( IF 12.2 ) Pub Date : 2024-09-16 , DOI: 10.1016/j.jhazmat.2024.135862 Xinjian He 1 , Xinyu Li 2 , Cunmin Wang 2 , Jiaqi Li 2 , Xinyi Song 2 , Guiying Zhu 3 , Xiang Li 3 , Yifan Zhang 3 , Xuanjin Zhu 3 , Jiang Shao 4 , Mingming Zhang 5 , Huan Xu 6
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The development of multifunctional nanofibrous membranes (NFMs) that enable anti-viral protection during air purification and respiratory disease diagnosis for health management is of increasing importance. Herein, we unraveled a heterostructure-enhanced electro-induced stereocomplexation (HEIS) strategy to fabrication of poly(lactic acid) (PLA) NFMs enabling a combination of efficient PM removal, respiratory monitoring and self-sterilization. The strategy involved an electro-induced stereocomplexation (EIS) approach to trigger the generation of hydrogen bonds between enantiomeric poly(L -lactic acid) (PLLA) and poly(D -lactic acid) (PDLA) chains, promoting C2 (Ag-TIO) nanodielectrics to promote the electroactivity and surface activity, conferring profound refinement of PLA nanofibers (from 460 nm to an ultralow level of 168 nm) and high porosities of over 91 %. Arising from the sustainable generation of plentiful charges based on triboelectric nanogenerator (TENG) mechanisms, the electroactive PLA NFMs exhibited remarkable triboelectric properties even in high-humidity environments (80 %RH), excellent PM0.3 filtration efficiency with an ultralow pressure drop (93.1 %, 31.8 Pa, 32 L/min), and 100 % antimicrobial efficiency against both E. coli and S. aureus . Moreover, a deep-learning algorithm based on convolutional neural network (CNN) was proposed to recognize various respiratory patterns. The proposed strategy confers the biodegradable NFMs an unusual combination of ultralow-resistance air purification and machine learning-assisted health management, signifying promising prospects in environmental protection and personal healthcare.
中文翻译：
超低电阻和自灭菌可生物降解的纳米纤维膜，可高效去除 PM0.3 和机器学习辅助健康管理
开发多功能纳米纤维膜 （NFM），在空气净化和呼吸系统疾病诊断过程中提供抗病毒保护，用于健康管理，这一点越来越重要。在此，我们揭示了一种异质结构增强的电诱导立体复合体 （HEIS） 策略来制造聚乳酸 （PLA） NFM，从而实现了高效 PM 去除、呼吸监测和自我灭菌的结合。该策略涉及电诱导立体络合 （EIS） 方法，以触发对映体聚 （L-乳酸） （PLLA） 和聚 （D-乳酸） （PDLA） 链之间氢键的产生，从而促进静电纺丝过程中的 CO 偶极对准和分子极化。通过掺入 Ag 掺杂 TiO2 （Ag-TIO） 纳米电介质来促进电活性和表面活性，进一步增强了这一点，赋予了 PLA 纳米纤维的深度细化（从 460 nm 到超低水平 168 nm）和超过 91% 的高孔隙率。电活性 PLA NFM 源于基于摩擦纳米发电机 （TENG） 机制的大量电荷的可持续产生，即使在高湿度环境 （80 %RH） 下也表现出卓越的摩擦电性能、出色的 PM0.3 过滤效率和超低压降 （93.1 %，31.8 Pa，32 L/min），以及 100% 对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌效率。此外，还提出了一种基于卷积神经网络 （CNN） 的深度学习算法来识别各种呼吸模式。拟议的策略赋予了可生物降解的 NFM 超低阻力空气净化和机器学习辅助健康管理的不寻常组合，标志着在环境保护和个人医疗保健方面的前景广阔。
更新日期：2024-09-16
中文翻译：
超低电阻和自灭菌可生物降解的纳米纤维膜，可高效去除 PM0.3 和机器学习辅助健康管理
开发多功能纳米纤维膜 （NFM），在空气净化和呼吸系统疾病诊断过程中提供抗病毒保护，用于健康管理，这一点越来越重要。在此，我们揭示了一种异质结构增强的电诱导立体复合体 （HEIS） 策略来制造聚乳酸 （PLA） NFM，从而实现了高效 PM 去除、呼吸监测和自我灭菌的结合。该策略涉及电诱导立体络合 （EIS） 方法，以触发对映体聚 （L-乳酸） （PLLA） 和聚 （D-乳酸） （PDLA） 链之间氢键的产生，从而促进静电纺丝过程中的 CO 偶极对准和分子极化。通过掺入 Ag 掺杂 TiO2 （Ag-TIO） 纳米电介质来促进电活性和表面活性，进一步增强了这一点，赋予了 PLA 纳米纤维的深度细化（从 460 nm 到超低水平 168 nm）和超过 91% 的高孔隙率。电活性 PLA NFM 源于基于摩擦纳米发电机 （TENG） 机制的大量电荷的可持续产生，即使在高湿度环境 （80 %RH） 下也表现出卓越的摩擦电性能、出色的 PM0.3 过滤效率和超低压降 （93.1 %，31.8 Pa，32 L/min），以及 100% 对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌效率。此外，还提出了一种基于卷积神经网络 （CNN） 的深度学习算法来识别各种呼吸模式。拟议的策略赋予了可生物降解的 NFM 超低阻力空气净化和机器学习辅助健康管理的不寻常组合，标志着在环境保护和个人医疗保健方面的前景广阔。
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