Sono scoppiati dalle bolle del gabinetto, nuotare attraverso l'acqua potabile, diffondersi attraverso la tosse. Piccoli microbi infettivi, dal virus che causa il COVID-19 ai batteri trasportati dall'acqua, uccidono milioni di persone in tutto il mondo ogni anno. Ora gli ingegneri stanno studiando come le superfici di ossido di zinco e la naturale agitazione idrodinamica abbiano il potere di uccidere prima gli agenti patogeni.

"La contaminazione batterica delle superfici comuni e dell'acqua potabile sono state tradizionalmente le principali vie di infezione per la trasmissione di malattie gravi, spesso portando alla mortalità, " disse Abinash Tripatia, ricercatore in ingegneria meccanica e di processo presso l'ETH di Zurigo. "Il nostro obiettivo era progettare una superficie in grado di affrontare entrambi i problemi".

Il suo gruppo ha immerso lo zinco pulito in acqua calda per 24 ore, che formava una superficie di ossido di zinco ricoperta di nanoaghi appuntiti. Quindi hanno introdotto i batteri E. coli.

La superficie uccide quasi tutti i batteri coltivati ​​su di essa in modo molto efficiente. E la sorpresa più grande? Quando si è seduti in acqua contaminata, la superficie uccide tutti gli E. coli portati dall'acqua entro tre ore, anche i batteri che non ha toccato.

Questa disinfezione dell'acqua a distanza funziona perché il processo genera una specie reattiva dell'ossigeno, che danneggia le pareti cellulari dei batteri. Il gruppo dell'ETH di Zurigo, IIT Ropar India, e Empa, Svizzera, hanno presentato i loro risultati iniziali al 73° incontro annuale della Divisione di Fluidodinamica dell'American Physical Society.

Nei paesi del sud-est asiatico e dell'Africa dove l'acqua potabile è scarsa, Gli attuali metodi di disinfezione dell'acqua solare richiedono fino a 48 ore e richiedono un'intensità minima di luce solare. La nuova superficie in ossido di zinco velocizza il processo di disinfezione e non necessita di luce.

"Questa superficie può essere utilizzata per disinfettare l'acqua in aree remote a un costo molto basso, " ha detto Tripathy. "La tecnica di fabbricazione è rispettosa dell'ambiente, semplice, ed economico».

Gli agenti patogeni di superficie e di origine idrica non sono gli unici killer. Poiché la pandemia di COVID-19 si è rafforzata, virus e batteri presenti nell'aria rappresentano una seria sfida globale per la disinfezione.

Le stesse goccioline che trasportano i patogeni nell'aria possono avere un ruolo nel distruggerli. Nei microsecondi che le goccioline impiegano a formarsi, i loro fluidi si riorganizzano rapidamente, stressando i microbi all'interno.

"Pensa a un secchio con dentro un pesce. Uno immagina che se inizi a sbattere il liquido nel secchio troppo velocemente, il pesce non sarà molto felice, " ha detto Oliver McRae, un ingegnere meccanico. "È una cosa simile, anche se molto, scala molto più piccola, quando hai, dire, un agente patogeno in una gocciolina. Alla fine il fluido si agiterà troppo perché il batterio o il virus sopravvivano".

McRae e un team dell'Università di Boston e dei Centers for Disease Control and Prevention stavano studiando come funziona l'agitazione idrodinamica quando le bolle ambientali producono goccioline. Dopo l'inizio della pandemia, hanno iniziato a modellare goccioline simili a quelle prodotte dai polmoni e dalle vie respiratorie.

Utilizzando la fluidodinamica computazionale, il team ha previsto come funziona l'agitazione durante la formazione di aerosol. Hanno scoperto che i fattori di stress sono molto sensibili alla dimensione delle goccioline. Se la goccia si restringe o cresce di un ordine di grandezza, i fattori di stress cambiano di due ordini e mezzo di grandezza.

La ricerca potrebbe aiutare a spiegare perché i patogeni sopravvivono in alcune goccioline e non in altre.

"Il nostro obiettivo è stato quantificare quali sono i fattori di stress in queste goccioline, " ha detto McRae. "Speriamo che questo sarà utilizzato in futuro come parte di un modello più ampio per prevedere la trasmissione di malattie basata su aerosol".