Applicazione di ioni negativi e di un campo elettrico per contromisurare la trasmissione di goccioline/aerosol senza ostacolare la comunicazione

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13965 (2023) Citare questo articolo

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Nella pandemia di COVID-19, il lockdown e le partizioni acriliche sono stati adottati come contromisure contro le infezioni da goccioline/aerosol; tuttavia, queste contromisure limitano la comunicazione. In questo studio è stato sviluppato un dispositivo di blocco utilizzando ioni negativi e un campo elettrico. Il dispositivo blocca la nebbia simulando goccioline/aerosol fino a un massimo dell'89%, ma trasmette luce e suono, importanti per la comunicazione. Il dispositivo ha dimostrato prestazioni efficaci di blocco degli aerosol, compreso il virus COVID-19 diffuso dai pazienti in una clinica. Il nostro dispositivo può aiutare a prevenire le infezioni senza interrompere la comunicazione.

Le infezioni si diffondono tramite goccioline/aerosol prodotti parlando o tossendo. Ad esempio, l’influenza H1N1, la sindrome respiratoria acuta grave (SARS) e la sindrome respiratoria del Medio Oriente (MERS) si sono diffuse a causa di goccioline/aerosol1. Inoltre, il COVID-19 viene trasmesso principalmente attraverso goccioline/aerosol e contatto2, provocando una grave pandemia globale. Pertanto, le contromisure contro la trasmissione di goccioline/aerosol sono essenziali per il mantenimento della salute pubblica.

Nelle fasi iniziali della pandemia di COVID-19, i lockdown sono stati applicati come contromisure rigorose in tutto il mondo3. Tuttavia, si trattava di contromisure insostenibili a causa di gravi problemi, tra cui la ridotta interazione faccia a faccia e l’indotto di gravi perdite economiche4, malattie mentali come la depressione5,6 e, come abbiamo precedentemente riportato, scarse capacità socio-emotive tra i bambini in età prescolare e aumento comportamenti genitoriali abusivi7,8. Pertanto, sono necessarie contromisure sostenibili contro le pandemie senza interrompere le attività economiche e le interazioni quotidiane.

Le partizioni sono contromisure utilizzate per bloccare la trasmissione di goccioline/aerosol durante la comunicazione. Gli svantaggi delle partizioni sono la riflessione e il blocco del suono e della luce. La voce riflessa infastidisce chi parla9 e l'effetto di blocco disturba la comunicazione. La luce riflessa impedisce la lettura delle espressioni facciali. Pertanto, è necessario un metodo che trasmetta suono e luce bloccando al contempo goccioline/aerosol.

Per ottenere contromisure sostenibili contro le infezioni senza compromettere la comunicazione, ci siamo concentrati sull’uso di ioni negativi e di un campo elettrico, che bloccano goccioline/aerosol ma trasmettono suono e luce. Gli ioni negativi e un campo elettrico vengono convenzionalmente applicati nei depuratori d'aria perché raccolgono in modo efficiente virus e batteri presenti nell'aria10,11,12. Abbiamo considerato che gli ioni negativi e il campo elettrico sono soluzioni applicabili per bloccare goccioline/aerosol nei luoghi in cui le persone comunicano.

In questo studio, proponiamo un dispositivo che blocca goccioline/aerosol utilizzando ioni negativi e un campo elettrico. Sono stati preparati diversi dispositivi di bloccaggio con altezze comprese tra 8 e 50 cm ed è stato simulato un campo elettrico. Gli effetti degli ioni negativi e del campo elettrico sugli oggetti fluttuanti nell'atmosfera, l'effetto del campo elettrico nel guidare gli ioni negativi, il blocco delle prestazioni del dispositivo di blocco, il blocco delle prestazioni a diverse posizioni di altezza e la trasmissione e riflessione della luce e del suono sono stati osservati. Il dispositivo di blocco è stato infine studiato per bloccare gli aerosol contenenti virus COVID-19.

Il dispositivo di blocco (mostrato in Fig. 1a) comprende tre parti principali: uno ionizzatore, una terra e un elettrodo collettore. La larghezza del dispositivo di blocco è di 36 cm e l'altezza è stata modificata per ciascun esperimento. La Figura 1b mostra gli schemi del dispositivo. Da tre a undici ionizzatori (Huizhou Pengkui Technology Co., Cina) sono stati fissati a intervalli uguali sulla linea centrale della superficie superiore del dispositivo di blocco. Gli ionizzatori erano collegati ad un alimentatore da 12 V CC (PR18-3A, TEXIO). Gli ioni negativi sono stati generati tramite scarica corona su due elettrodi dello ionizzatore. In particolare, l’ozono non è stato rilevato utilizzando un sensore a semiconduttore (Ozon Checker OC-300, Ozon Technica CO., LTD) durante la generazione di ioni negativi nello ionizzatore. Il limite di rilevamento del sensore era 0,001 ppm. Una rete metallica, come base, era fissata alla superficie superiore del dispositivo di blocco che circondava gli ionizzatori. Un elettrodo di raccolta è stato fissato sul fondo del dispositivo di bloccaggio. Una tensione totale di + 15 kV è stata applicata all'elettrodo di raccolta utilizzando un alimentatore ad alta tensione (GS30P, Green Techno).

0%) were 30 and 16 cm using agarose and steel wool as collecting electrodes, respectively. Therefore, Fig. 6 shows that agarose is superior to steel wool as a collecting electrode in terms of the effective device heigh./p> 5 to 8 μm, 40%, and the mass median diameter was 5.5 ± 0.2 μm14; notably, some mist particles gradually evaporate and change to aerosols13 (≤ 5 μm)15. The nebulizer was placed 20 cm from the blocking device, and the height of the nozzle was set at the center of the device-height. A saturated aqueous solution of the fluorescent dye uranine (FUJIFILM Wako Co. Ltd.) (4.1 mM) was sprayed horizontally toward the blocking device with a nebulizer for 10 min. The mist particles that passed through the blocking device were collected in a container filled with 400 ml of ultrapure water. The liquid sample in the container, including the mist particles attached to the container wall, was collected. The fluorescence intensity of the samples was measured using a multi-label plate reader (EnSpire 2300-00J, Perkin Elmer Co. Ltd.) at an excitation wavelength of 480 nm and emission wavelength of 512 nm. The concentration of fluorescent dye in the sample was calculated by referring to the calibration curve (Fig. S1). The mist flow was recorded using a high-speed camera./p>