Aplicação de íons negativos e um campo elétrico para contramedir a transmissão de gotículas/aerossóis sem prejudicar a comunicação

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 13965 (2023) Citar este artigo

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Na pandemia de COVID-19, o bloqueio e as divisórias de acrílico foram adotados como contramedidas contra infecções por gotículas/aerossóis; no entanto, essas contramedidas restringem a comunicação. Neste estudo, foi desenvolvido um dispositivo de bloqueio utilizando íons negativos e campo elétrico. O dispositivo bloqueia névoas simulando gotículas/aerossol em no máximo 89%, mas transmite luz e som, o que é importante para a comunicação. O dispositivo demonstrou um desempenho de bloqueio eficaz para aerossóis, incluindo a propagação do vírus COVID-19 de pacientes em uma clínica. Nosso dispositivo pode ajudar a prevenir infecções sem interromper a comunicação.

As infecções são transmitidas através de gotículas/aerossóis produzidos pela fala ou tosse. Por exemplo, a gripe H1N1, a síndrome respiratória aguda grave (SARS) e a síndrome respiratória do Médio Oriente (MERS) espalharam-se devido a gotículas/aerossol1. Além disso, a COVID-19 é transmitida principalmente através de gotículas/aerossol e contacto2, conduzindo a uma grave pandemia global. Portanto, contramedidas contra a transmissão de gotículas/aerossóis são essenciais para manter a saúde pública.

Nas fases iniciais da pandemia de COVID-19, os confinamentos foram aplicados como contramedidas rigorosas em todo o mundo3. No entanto, eram contramedidas insustentáveis devido a problemas graves, incluindo a redução da interação face a face e induziam graves perdas económicas4, doenças mentais como a depressão5,6 e, como já reportámos anteriormente, o atraso nas competências socioemocionais entre crianças em idade pré-escolar e o aumento da comportamentos parentais abusivos7,8. Por conseguinte, são necessárias contramedidas sustentáveis contra pandemias sem perturbar as atividades económicas e as interações diárias.

Partições são contramedidas usadas para bloquear a transmissão de gotículas/aerossóis durante a comunicação. As desvantagens das divisórias são a reflexão e o bloqueio do som e da luz. A voz refletida incomoda o locutor9 e o efeito de bloqueio atrapalha a comunicação. A luz refletida impede a leitura das expressões faciais. Portanto, é necessário um método que transmita som e luz enquanto bloqueia gotículas/aerossol.

Para alcançar contramedidas sustentáveis contra infecções sem prejudicar a comunicação, focamos no uso de íons negativos e um campo elétrico, que bloqueiam gotículas/aerossol, mas transmitem som e luz. Íons negativos e um campo elétrico são aplicados convencionalmente em filtros de ar porque coletam com eficiência vírus e bactérias transportados pelo ar10,11,12. Consideramos que os íons negativos e o campo elétrico são soluções aplicáveis para bloquear gotículas/aerossóis em locais onde as pessoas se comunicam.

Neste estudo, propomos um dispositivo que bloqueia gotículas/aerossol utilizando íons negativos e um campo elétrico. Foram preparados diferentes dispositivos de bloqueio com alturas entre 8 e 50 cm e simulado um campo elétrico. Os efeitos dos íons negativos e do campo elétrico em objetos flutuantes na atmosfera, efeito do campo elétrico na orientação dos íons negativos, bloqueando o desempenho do dispositivo de bloqueio, bloqueando o desempenho em diferentes posições de altura e transmissão e reflexão de luz e som foram observados. O dispositivo de bloqueio foi finalmente investigado por bloquear aerossóis contendo vírus COVID-19.

O dispositivo de bloqueio (mostrado na Fig. 1a) compreende três partes principais: um ionizador, um aterramento e um eletrodo coletor. A largura do dispositivo de bloqueio é de 36 cm e a altura foi alterada para cada experimento. A Figura 1b mostra os esquemas do dispositivo. Três a onze ionizadores (Huizhou Pengkui Technology Co., China) foram fixados em intervalos iguais na linha central da superfície superior do dispositivo de bloqueio. Os ionizadores foram conectados a uma fonte de alimentação de 12 V DC (PR18-3A, TEXIO). Íons negativos foram gerados via descarga corona em dois eletrodos do ionizador. Notavelmente, o ozônio não foi detectado usando um sensor semicondutor (Ozon checker OC-300, Ozon Technica CO., LTD) durante a geração de íons negativos no ionizador. O limite de detecção do sensor foi de 0,001 ppm. Uma malha de metal, como aterramento, foi fixada na superfície superior do dispositivo de bloqueio que envolve os ionizadores. Um eletrodo coletor foi fixado na parte inferior do dispositivo de bloqueio. Uma tensão total de + 15 kV foi aplicada ao eletrodo coletor utilizando uma fonte de alimentação de alta tensão (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>