Эффективная дезактивация аэрозольных возбудителей с использованием диэлектрического барьерного разряда на основе холода.

Jun 13, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 10295 (2023) Цитировать эту статью

919 Доступов

2 Альтметрика

Подробности о метриках

По данным ВОЗ, загрязнение воздуха входит в пятерку основных рисков, вызывающих хронические заболевания, а инфекции, передающиеся воздушно-капельным путем, являются огромной проблемой в современную эпоху. Имеющиеся в помещении очистители воздуха неэффективно справляются с долгоживущими патогенами и аэрозолями небольшого размера. В данной работе описано портативное моющее средство с холодной плазмой в среде диэлектрического барьерного разряда (DBD) и проанализирована его эффективность дезинфекции в помещении размером до 3 × 2,4 × 2,4 м3. Установлено, что эффективность дезактивации общего микробного числа (TMC) и общего количества грибов (TFC) составляет более 99% за 90 мин непрерывной работы устройства при оптимизированных параметрах. Полная инактивация фага MS2 и бактерий Escherichia coli с логарифмическим снижением более 5 (99,999%) также была достигнута за 30 и 90 минут работы устройства в закрытой среде. Устройство способно производить отрицательные ионы, в которых преобладают природные плазменные моющие средства, а также положительные ионы в среде, подобной матери-природе. Устройство содержит коаксиальный источник плазмы геометрии DBD со специально разработанным сетчатым электродом из мягкой стали толщиной 1 мм. Для эффективной очистки воздуха в источнике выпуска DBD устранена необходимость в сырьевом газе, гранулах и/или перепаде давления. Существование отрицательных ионов в среднем более 25 с является ключевым преимуществом, которое также может дезактивировать долгоживущие патогены и аэрозоли небольшого размера.

В современную эпоху инфекция, передающаяся воздушно-капельным путем, является причиной заболеваний, вызывающих значительную заболеваемость и смертность1. Почти каждый год появляется новая бактерия или вирус гриппозной природы, что создает эпидемию или пандемию заболеваний2. Помимо передачи от человека к человеку, в густонаселенных и закрытых помещениях, таких как медицинские учреждения, школы, колледжи, университеты, крупные торговые центры, коммерческие здания и общественные здания, внутренние патогены, выделяемые людьми, могут далее передаваться и распространяться посредством нагревания. , вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) и может привести к перекрестному заражению. Этот страх привел к изоляции во всем мире, а инфекции, вызванные вирусом SARS-CoV-2, сильно повлияли на производительность труда3. В целом люди проводят 70–90% своего времени в помещениях4. Качество воздуха в помещении (IAQ) весьма важно для безопасности личного здоровья, которое обычно в 2–5 раз и даже более загрязнено, чем наружный воздух5. Многие исследователи работали над различными методами снижения риска микробных инфекций в помещениях и улучшения IAQ6,7,8,9,10,11.

Одним из известных методов является химическая дезинфекция, при которой используется этанол (C2H5OH), перекись водорода (H2O2) или дезинфицирующее средство12. Микроорганизмы можно уничтожить, как только они вступят в прямой контакт с этими химикатами. Однако обеззараживать большие объемы с помощью этого метода сложно. Другой метод дезинфекции использует такие газы, как оксид этилена (C2H4O) или озон (O3), для предотвращения микробной инфекции13,14. При использовании этих методов стерилизация одинакова по всему обрабатываемому объему, но важно изолировать эту зону и установить подходящую систему вытяжной вентиляции. Высокоэффективные воздушные фильтры твердых частиц (HEPA) также используются для удаления частиц пыли и переносимых по воздуху микроорганизмов из помещений15,16. Однако HEPA-фильтры не дезактивируют микроорганизмы, не способны фильтровать аэрозоли небольшого размера, а также могут вызывать перепады давления в системах кондиционирования. Затем исследователи перешли к методам фотокатализа на основе ультрафиолета (УФ) и УФ, которые весьма многообещающи для снижения микробов и очистки воздуха в помещениях17,18. Тем не менее, подход, основанный на УФ-излучении, требует длительного времени стерилизации19, неэффективен при низкой концентрации загрязняющих веществ20, а также обработка УФ-излучением в общественных местах весьма затруднительна21. Поэтому разработка стратегий инженерного контроля для инновационных решений по эффективной дезинфекции передающихся по воздуху патогенов для широкого использования с меньшими затратами является необходимостью времени.