Desativação eficiente de patógenos em aerossol usando uma descarga de barreira dielétrica baseada em frio

Jun 13, 2023

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 10295 (2023) Citar este artigo

919 acessos

2 Altmétrico

Detalhes das métricas

A poluição do ar é um dos 5 principais riscos que causam doenças crónicas, de acordo com a OMS, e a infecção por agentes patogénicos transmitidos pelo ar é um enorme desafio na era actual. Patógenos de vida longa e aerossóis de tamanho pequeno não são tratados de forma eficaz pelos purificadores de ar internos disponíveis. Neste trabalho, um detergente portátil de plasma frio baseado em descarga de barreira dielétrica (DBD) em dispositivo ambiental é relatado e sua eficiência de desinfecção foi analisada em ambientes internos de tamanhos de até 3 × 2,4 × 2,4 m3. A eficiência de desativação das contagens microbianas totais (TMCs) e das contagens totais de fungos (TFCs) é superior a 99% em 90 min de operação contínua do dispositivo nos parâmetros otimizados. A inativação completa do fago MS2 e da bactéria Escherichia coli com redução de mais de 5 log (99,999%) também foi alcançada em 30 min e 90 min de operação do dispositivo em ambiente fechado. O dispositivo é capaz de produzir íons negativos predominantemente dominados por detergente de plasma natural junto com íons positivos em ambiente semelhante à mãe natureza. O dispositivo compreende uma fonte de plasma de geometria DBD coaxial com um eletrodo de malha de arame especialmente projetado de aço macio com espessura de 1 mm. A necessidade de gás de alimentação, pellets e/ou pressão diferencial foi eliminada da fonte de descarga DBD para uma purificação eficiente do ar. A existência de íons negativos por mais de 25 s em média é a principal vantagem, que também pode desativar patógenos de vida longa e aerossóis de pequeno tamanho.

Na era atual, a infecção por patógenos transmitidos pelo ar está causando doenças de morbidade e mortalidade significativas1. Quase todos os anos surge uma nova bactéria ou vírus de natureza influenza que cria uma epidemia ou pandemia de doenças2. Além da transmissão entre humanos, em ambientes fechados altamente lotados e fechados, como instalações de saúde, escolas, faculdades, universidades, grandes shopping centers, edifícios comerciais e edifícios públicos, os patógenos internos eliminados pelos humanos podem ser transmitidos e dispersos ainda mais através do aquecimento. , sistemas de ventilação e ar condicionado (HVAC) e pode levar a infecções cruzadas. Este medo criou um confinamento em todo o mundo e as infecções causadas pelo vírus SARS-CoV-2 afectaram enormemente a produtividade do trabalho3. Em geral, as pessoas passam 70–90% do seu tempo em ambientes interiores4. A qualidade do ar interior (QAI) é muito importante para a segurança da saúde pessoal, que é em geral 2 a 5 vezes ou até mais poluída do que o ar exterior5. Muitos investigadores têm trabalhado em diferentes métodos para reduzir o risco de infecções microbianas em espaços interiores e para melhorar a QAI6,7,8,9,10,11.

Uma das técnicas conhecidas é a desinfecção química, que utiliza etanol (C2H5OH), peróxido de hidrogênio (H2O2) ou desinfetante12. Os microrganismos podem ser eliminados assim que entrarem em contato direto com esses produtos químicos. No entanto, é um desafio descontaminar um grande volume utilizando este método. Outro método de desinfecção utiliza gases como óxido de etileno (C2H4O) ou ozônio (O3) para prevenir infecção microbiana13,14. Com estes métodos, a esterilização é consistente em todo o volume tratado, mas é essencial isolar a área e instalar um sistema de ventilação exaustora adequado. Filtros de ar particulado de alta eficiência (HEPA) também são usados ​​para remover partículas de poeira e microorganismos transportados pelo ar em ambientes internos15,16. Porém, os filtros HEPA não desativam microorganismos, são incapazes de filtrar aerossóis de pequeno tamanho e também podem causar quedas de pressão em sistemas de ar condicionado. Os pesquisadores passaram então para métodos de fotocatálise ultravioleta (UV) e baseados em UV, que são bastante promissores para redução microbiana e purificação do ar interno . No entanto, a abordagem baseada em UV requer um longo tempo de esterilização19, não é eficaz quando a concentração de poluentes é mais baixa20, e também o manuseamento da luz UV em locais públicos é bastante desafiante21. Portanto, estratégias de controle de engenharia para soluções inovadoras para desinfecção eficiente de patógenos transportados pelo ar para uso amplo a um custo menor são a necessidade do momento.