Elektro-sprayede mikrodråber hjælper med at dræbe bakterier og vira

Med COVID-19 raser rundt om i verden, forskere fordobler metoder til at udvikle forskellige antimikrobielle teknologier, der kan være effektive til at dræbe en virus, men uskadelig for mennesker og miljø.

En nylig undersøgelse foretaget af et KAIST-forskerhold vil være et af svarene på en sådan indsats. Professor Seung Seob Lee og Dr. Ji-hun Jeong fra Department of Mechanical Engineering udviklede en uskadelig luftsteriliseringsprototype med elektro-sprøjtet vand fra en polymer mikrodysearray. Denne undersøgelse er et af de projekter, der støttes af KAIST New Deal R&D Initiative som reaktion på COVID-19. Deres undersøgelse blev rapporteret i Polymer.

De elektro-sprayede mikrodråber indkapsler reaktive oxygenarter såsom hydroxylradikaler, superoxider, der vides at have en antimikrobiel funktion. Indkapslingen forlænger levetiden af ​​reaktive oxygenarter, som gør det muligt for dråberne at udføre deres antimikrobielle funktion effektivt. Tidligere forskning har allerede bevist de antimikrobielle og indkapslingseffekter af elektro-sprayede dråber.

På trods af dets potentiale for antimikrobielle applikationer, elektro-sprøjtet vand fungerer generelt under en elektrisk afladningstilstand, som kan danne ozon. Indånding af ozon er kendt for at forårsage skade på menneskers åndedrætssystem. En anden teknisk barriere for elektrosprøjtning er problemet med lav strømningshastighed. Da elektrosprøjtning udviser afhængigheden af ​​dråbestørrelsen på strømningshastigheden, der er en grænse for mængden af ​​mikrodråber af vand en enkelt dyse kan producere.

Med det i tankerne, forskerholdet udviklede en dielektrisk polymer mikrodyse-array til at udføre multiplekset elektro-sprøjtning af vand uden elektrisk udladning. Polymer-mikrodysearrayet blev fremstillet ved hjælp af MEMS-processen (Micro Electro-Mechanical System). Ifølge forskerholdet, dysen kan bære fem til 19 mikrodyser afhængigt af den påkrævede anvendelse.

Det høje aspektforhold af mikrodysen og en in-plane extractor blev foreslået for at koncentrere det elektriske felt ved spidsen af ​​mikrodysen, som forhindrer den elektriske udladning forårsaget af vands høje overfladespænding. Et mikro-søjle-array med en hydrofob belægning omkring mikro-dysen blev også foreslået for at forhindre befugtning af mikro-dyse-arrayet.

Polymer-mikrodysearrayet udførte i konstant keglejet-tilstand uden elektrisk udladning som bekræftet ved højhastigheds-billeddannelse og nanosekund-pulseret billeddannelse. Vandmikrodråberne blev målt til at være i området fra seks til 10 μm og udviste en antimikrobiel effekt på Escherichia coli og Staphylococcus aureus.

Professor Lee sagde, "Vi mener, at denne forskning kan anvendes på airconditionprodukter i områder, der kræver antimikrobielle og befugtende funktioner."