Disattivazione efficiente degli agenti patogeni aerosolizzati utilizzando una barriera dielettrica a scarica fredda

Jun 13, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 10295 (2023) Citare questo articolo

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L’inquinamento atmosferico è uno dei 5 principali rischi che causano malattie croniche secondo l’OMS e l’infezione da agenti patogeni trasmessi per via aerea rappresenta una sfida enorme nell’era attuale. Gli agenti patogeni a lunga vita e gli aerosol di piccole dimensioni non vengono affrontati in modo efficace dai purificatori d'aria interni disponibili. In questo lavoro, viene riportato un dispositivo detergente portatile a plasma freddo basato su scarica di barriera dielettrica (DBD) e la sua efficienza di disinfezione è stata analizzata in ambienti interni di dimensioni fino a 3 × 2,4 × 2,4 m3. L'efficienza di disattivazione della conta microbica totale (TMC) e della conta fungina totale (TFC) risulta essere superiore al 99% in 90 minuti di funzionamento continuo del dispositivo con parametri ottimizzati. La completa inattivazione del fago MS2 e dei batteri Escherichia coli con una riduzione di oltre 5 log (99,999%) è stata ottenuta anche in 30 minuti e 90 minuti di funzionamento del dispositivo in un ambiente chiuso. Il dispositivo è in grado di produrre ioni negativi prevalentemente dominati dal detergente naturale al plasma insieme a ioni positivi nell'ambiente simile a madre natura. Il dispositivo comprende una sorgente di plasma a geometria DBD coassiale con un elettrodo a rete metallica appositamente progettato in acciaio dolce con uno spessore di 1 mm. La necessità di gas di alimentazione, pellet e/o pressione differenziale è stata eliminata dalla fonte di scarico DBD per un'efficiente purificazione dell'aria. L'esistenza di ioni negativi per più di 25 secondi in media è il vantaggio principale, che può anche disattivare agenti patogeni a lunga vita e aerosol di piccole dimensioni.

Nell’era attuale, l’infezione da agenti patogeni trasmessi per via aerea sta causando malattie con significativa morbilità e mortalità1. Quasi ogni anno appare un nuovo batterio o virus di natura influenzale che crea un'epidemia o una pandemia di malattie2. Oltre alla trasmissione da uomo a uomo, negli ambienti chiusi altamente affollati e chiusi come strutture sanitarie, scuole, college, università, grandi centri commerciali, edifici commerciali ed edifici pubblici, gli agenti patogeni interni diffusi dagli esseri umani possono ulteriormente trasmettersi e disperdersi attraverso il riscaldamento. , sistemi di ventilazione e condizionamento dell'aria (HVAC) e possono portare a infezioni crociate. Questa paura ha portato al lockdown in tutto il mondo e le infezioni dovute al virus SARS-CoV-2 hanno avuto un impatto enorme sulla produttività lavorativa3. In generale, le persone trascorrono il 70–90% del loro tempo in ambienti chiusi4. La qualità dell’aria interna (IAQ) è molto importante per la sicurezza della salute personale, che in generale è da 2 a 5 volte o anche più inquinata dell’aria esterna5. Molti ricercatori hanno lavorato su diversi metodi per ridurre il rischio di infezioni microbiche negli spazi interni e per migliorare l’IAQ6,7,8,9,10,11.

Una delle tecniche conosciute è la disinfezione chimica, che utilizza etanolo (C2H5OH), perossido di idrogeno (H2O2) o un disinfettante12. I microrganismi possono essere eliminati non appena entrano in contatto diretto con queste sostanze chimiche. Tuttavia, è difficile decontaminare un grande volume utilizzando questo metodo. Un altro metodo di disinfezione utilizza gas come l'ossido di etilene (C2H4O) o l'ozono (O3) per prevenire l'infezione microbica13,14. Con queste metodiche la sterilizzazione è uniforme su tutto il volume trattato, ma è fondamentale isolare la zona e predisporre un idoneo sistema di ventilazione degli scarichi. I filtri HEPA (High Efficiency Particulate Air) vengono utilizzati anche per rimuovere particelle di polvere e microrganismi presenti nell'aria dagli ambienti interni15,16. Tuttavia, i filtri HEPA non disattivano i microrganismi, non sono in grado di filtrare aerosol di piccole dimensioni e possono anche causare cadute di pressione negli impianti di condizionamento. I ricercatori sono poi passati ai metodi di fotocatalisi basati sugli ultravioletti (UV) e sugli UV, che sono piuttosto promettenti per la riduzione microbica e la purificazione dell’aria interna17,18. Tuttavia, l’approccio basato sui raggi UV richiede un lungo tempo di sterilizzazione19, non è efficace quando la concentrazione di inquinanti è inferiore20 e anche la gestione della luce UV nei luoghi pubblici è piuttosto impegnativa21. Pertanto, strategie di controllo ingegneristico per soluzioni innovative per un'efficiente disinfezione degli agenti patogeni presenti nell'aria per un ampio utilizzo a un costo inferiore sono la necessità del momento.