Применение отрицательных ионов и электрического поля для противодействия передаче капель/аэрозолей, не препятствуя общению.

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 13965 (2023) Цитировать эту статью

152 доступа

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Во время пандемии COVID-19 изоляция и акриловые перегородки были приняты в качестве меры противодействия капельным/аэрозольным инфекциям; однако эти контрмеры ограничивают общение. В этом исследовании было разработано блокирующее устройство, использующее отрицательные ионы и электрическое поле. Устройство блокирует туман, имитирующий капли/аэрозоль, максимум на 89%, но пропускает свет и звук, что важно для связи. Устройство продемонстрировало эффективную блокировку аэрозоля, в том числе распространения вируса COVID-19 от пациентов в клинике. Наше устройство может помочь предотвратить заражение, не нарушая связь.

Инфекции передаются воздушно-капельным путем или аэрозолем, образующимся при разговоре или кашле. Например, грипп H1N1, тяжелый острый респираторный синдром (SARS) и ближневосточный респираторный синдром (MERS) распространились воздушно-капельным/аэрозольным путем1. Кроме того, COVID-19 в основном передается капельным/аэрозольным и контактным путем2, что приводит к серьезной глобальной пандемии. Таким образом, контрмеры против воздушно-капельной/аэрозольной передачи имеют важное значение для поддержания здоровья населения.

На ранних стадиях пандемии COVID-19 карантин применялся в качестве строгой контрмеры во всем мире3. Однако они были нежизнеспособными контрмерами из-за серьезных проблем, включая снижение личного взаимодействия и серьезные экономические потери4, психические заболевания, такие как депрессия5,6, а также, как мы уже сообщали ранее, задержку социально-эмоциональных навыков среди детей дошкольного возраста и увеличение оскорбительное поведение родителей7,8. Поэтому необходимы устойчивые меры противодействия пандемиям без нарушения экономической деятельности и повседневного взаимодействия.

Перегородки — это меры противодействия, используемые для блокировки передачи капель/аэрозолей во время связи. Недостатками перегородок являются отражение и блокирование звука и света. Отраженный голос раздражает говорящего9, а эффект блокировки мешает общению. Отраженный свет мешает считыванию мимики лица. Следовательно, необходим метод, который передает звук и свет, блокируя при этом капли/аэрозоль.

Чтобы добиться устойчивых мер противодействия инфекциям без нарушения коммуникации, мы сосредоточились на использовании отрицательных ионов и электрического поля, которые блокируют капли/аэрозоль, но передают звук и свет. Отрицательные ионы и электрическое поле традиционно применяются в воздухоочистителях, поскольку они эффективно собирают переносимые по воздуху вирусы и бактерии10,11,12. Мы посчитали, что отрицательные ионы и электрическое поле являются решениями, применимыми для блокировки капель/аэрозолей в местах общения людей.

В этом исследовании мы предлагаем устройство, которое блокирует капли/аэрозоль с помощью отрицательных ионов и электрического поля. Были изготовлены различные блокирующие устройства высотой от 8 до 50 см и смоделировано электрическое поле. Влияние отрицательных ионов и электрического поля на плавающие объекты в атмосфере, влияние электрического поля на направление отрицательных ионов, блокирующие характеристики блокирующего устройства, блокирующие характеристики на разных высотах, а также пропускание и отражение света и звука. наблюдались. Наконец, блокирующее устройство было исследовано на предмет блокировки аэрозоля, содержащего вирусы COVID-19.

Блокировочное устройство (показано на рис. 1а) состоит из трех основных частей: ионизатора, заземления и собирающего электрода. Ширина блокирующего устройства составляла 36 см, а высоту меняли для каждого эксперимента. На рис. 1б представлена схема устройства. От трех до одиннадцати ионизаторов (Huizhou Pengkui Technology Co., Китай) крепились через равные промежутки по средней линии верхней поверхности блокирующего устройства. Ионизаторы подключались к источнику питания постоянного тока 12 В (ПР18-3А, TEXIO). Отрицательные ионы генерировались коронным разрядом на двух электродах ионизатора. Примечательно, что при генерации отрицательных ионов в ионизаторе с помощью полупроводникового датчика (Ozon checker OC-300, Ozon Technica CO., LTD) озон не был обнаружен. Предел обнаружения датчика составил 0,001 ppm. К верхней поверхности блокирующего устройства, окружающего ионизаторы, крепилась металлическая сетка в качестве заземления. К нижней части блокирующего устройства был прикреплен собирающий электрод. На собирающий электрод подавалось общее напряжение +15 кВ с помощью высоковольтного источника питания (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>