Med covid-19 som rasar runt om i världen, forskare fördubblar metoder för att utveckla olika antimikrobiella teknologier som kan vara effektiva för att döda ett virus, men ofarligt för människor och miljö.

En nyligen genomförd studie av en KAIST-forskargrupp kommer att vara ett av svaren på sådana ansträngningar. Professor Seung Seob Lee och Dr Ji-hun Jeong från Institutionen för maskinteknik utvecklade en ofarlig luftsteriliseringsprototyp med elektrosprutat vatten från en mikromunstycksuppsättning av polymer. Denna studie är ett av de projekt som stöds av KAIST New Deal R&D Initiative som svar på COVID-19. Deras studie rapporterades i Polymer.

De elektrosprayade mikrodropparna inkapslar reaktiva syrearter såsom hydroxylradikaler, superoxider som är kända för att ha en antimikrobiell funktion. Inkapslingen förlänger livslängden för reaktiva syreämnen, som gör att dropparna kan utföra sin antimikrobiella funktion effektivt. Tidigare forskning har redan bevisat de antimikrobiella och inkapslande effekterna av elektrobesprutade droppar.

Trots dess potential för antimikrobiella tillämpningar, elektriskt sprayat vatten fungerar i allmänhet under ett elektriskt urladdningstillstånd, som kan generera ozon. Inandning av ozon är känt för att orsaka skador på andningsorganen hos människor. En annan teknisk barriär för elektrosprayning är problemet med låg flödeshastighet. Eftersom elektrosprayning uppvisar ett beroende av droppstorleken på flödeshastigheten, det finns en gräns för mängden vattenmikrodroppar ett enskilt munstycke kan producera.

Med detta i åtanke, forskargruppen utvecklade en mikromunstycksuppsättning av dielektrisk polymer för att utföra multiplexerad elektrosprayning av vatten utan elektrisk urladdning. Polymermikromunstycksuppsättningen tillverkades med användning av MEMS-processen (Micro Electro-Mechanical System). Enligt forskargruppen, munstycket kan bära fem till 19 mikromunstycken beroende på vilken applikation som krävs.

Det höga sidoförhållandet för mikromunstycket och en extraktor i planet föreslogs för att koncentrera det elektriska fältet vid spetsen av mikromunstycket, som förhindrar elektrisk urladdning som orsakas av vattens höga ytspänning. En mikropelaruppsättning med en hydrofob beläggning runt mikromunstycket föreslogs också för att förhindra vätning av mikromunstycksuppsättningen.

Polymermikromunstycksuppsättningen utfördes i konstant konjetläge utan elektrisk urladdning, vilket bekräftades av höghastighetsavbildning och nanosekundspulsad avbildning. Vattenmikrodropparna mättes vara i intervallet sex till 10 μm och visade en antimikrobiell effekt på Escherichia coli och Staphylococcus aureus.

Professor Lee sa, "Vi tror att denna forskning kan tillämpas på luftkonditioneringsprodukter i områden som kräver antimikrobiella och fuktgivande funktioner."