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电喷雾微滴有助于杀死细菌和病毒

随着COVID-19在全球范围内肆虐,研究人员正在加倍研究开发各种抗菌技术的方法,这些技术可以有效杀死病毒,但对人类和环境无害。KAIST研究团队的最新研究将是对此类努力的回应之一。机械工程系的Seung Seob Lee教授和Ji-hun Jeong博士开发了一种无害的空气灭菌原型,该原型以来自聚合物微喷嘴阵列的电喷雾水为特征。这项研究是KAIST新政研发计划针对COVID-19资助的项目之一。他们的研究报告在Polymer上。

电喷雾的微滴封装了活性氧,例如羟基自由基,已知具有抗菌功能的超氧化物。包封延长了活性氧的寿命,使液滴能够有效地发挥其抗菌功能。先前的研究已经证明了电喷雾液滴的抗微生物和封装作用。

尽管其具有抗微生物应用的潜力,但电喷雾水通常在放电条件下运行,这会产生臭氧。众所周知,吸入臭氧会对人体的呼吸系统造成损害。电喷雾的另一个技术障碍是低流速问题。由于电喷雾表现出液滴大小与流速的关系,因此单个喷嘴可产生的水微滴数量有限。

图2.水的多重电喷雾和抗菌效果。图片来源:韩国科学技术高等研究院(KAIST)

考虑到这一点,研究团队开发了一种电介质聚合物微喷嘴阵列,可以在不放电的情况下对水进行多路电喷雾。聚合物微喷嘴阵列是使用MEMS(微机电系统)工艺制造的。根据研究团队的说法,喷嘴可以携带5到19个微型喷嘴,具体取决于所需的应用。

提出了高纵横比的微喷嘴和面内提取器以将电场集中在微喷嘴的尖端,从而防止了由于水的高表面张力而引起的放电。还提出了在微喷嘴周围具有疏水涂层的微柱阵列,以防止微喷嘴阵列变湿。

如通过高速成像和纳秒脉冲成像所证实的,聚合物微喷嘴阵列以稳定的锥形射流模式进行而没有放电。测得的水微滴范围为6至10μm,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有抗菌作用。

李教授说:“我们相信这项研究可以应用于需要抗菌和加湿功能的领域的空调产品。”

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