Figura 1. Array di micro-ugelli polimerici. Credito:The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
Con il COVID-19 che imperversa in tutto il mondo, i ricercatori stanno raddoppiando i metodi per sviluppare diverse tecnologie antimicrobiche che potrebbero essere efficaci nell'uccidere un virus, ma innocuo per l'uomo e l'ambiente.
Un recente studio di un gruppo di ricerca KAIST sarà una delle risposte a tali sforzi. Il professor Seung Seob Lee e il dottor Ji-hun Jeong del Dipartimento di ingegneria meccanica hanno sviluppato un prototipo di sterilizzazione dell'aria innocuo con acqua elettro-spruzzata da una serie di micro-ugelli polimerici. Questo studio è uno dei progetti supportati dalla KAIST New Deal R&D Initiative in risposta a COVID-19. Il loro studio è stato riportato in Polymer.
Le microgoccioline elettro-spruzzate incapsulano specie reattive dell'ossigeno come radicali idrossilici, superossidi noti per avere una funzione antimicrobica. L'incapsulamento prolunga la vita delle specie reattive dell'ossigeno, che consentono alle goccioline di svolgere efficacemente la loro funzione antimicrobica. Ricerche precedenti hanno già dimostrato gli effetti antimicrobici e di incapsulamento delle goccioline elettro-spruzzate.
Nonostante il suo potenziale per applicazioni antimicrobiche, l'acqua elettronebulizzata funziona generalmente in una condizione di scarica elettrica, che può generare ozono. L'inalazione di ozono è nota per causare danni al sistema respiratorio degli esseri umani. Un'altra barriera tecnica per l'elettronebulizzazione è il problema della bassa portata. Poiché l'elettro-spruzzatura mostra la dipendenza della dimensione delle gocce dalla portata, esiste un limite alla quantità di microgocce d'acqua che un singolo ugello può produrre.
Figura 2. L'elettrospray multiplex d'acqua e l'effetto antimicrobico. Credito:The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
Con questo in testa, il team di ricerca ha sviluppato una serie di micro-ugelli polimerici dielettrici per eseguire l'elettro-spruzzatura multiplata dell'acqua senza scariche elettriche. L'array di micro-ugelli polimerici è stato fabbricato utilizzando il processo MEMS (Micro Electro-Mechanical System). Secondo il gruppo di ricerca, l'ugello può trasportare da 5 a 19 microugelli a seconda dell'applicazione richiesta.
L'alto allungamento del micro-ugello e un estrattore nel piano sono stati proposti per concentrare il campo elettrico sulla punta del micro-ugello, che impedisce la scarica elettrica causata dall'elevata tensione superficiale dell'acqua. È stato inoltre proposto un array di micro-pilastri con un rivestimento idrofobo attorno al micro-ugello per prevenire la bagnatura dell'array di micro-ugelli.
L'array di micro-ugelli polimerici ha funzionato in modalità a getto conico costante senza scariche elettriche, come confermato dall'imaging ad alta velocità e dall'imaging a impulsi di nanosecondi. Le microgoccioline d'acqua sono state misurate nell'intervallo da 6 a 10 μm e hanno mostrato un effetto antimicrobico su Escherichia coli e Staphylococcus aureus.
Il professor Lee ha detto, "Riteniamo che questa ricerca possa essere applicata ai prodotti per il condizionamento dell'aria in aree che richiedono funzioni antimicrobiche e di umidificazione".
