Hur länge kvarstår virusbelastade partiklar i en hiss efter att en person som är smittad med COVID-19 lämnar? Och finns det något sätt att upptäcka dessa partiklar? En grupp elektroingenjörer och datavetare vid KAUST gav sig i kast med att svara på dessa frågor med hjälp av matematiska vätskedynamikekvationer.

"Vi fann att virusfyllda partiklar fortfarande kan detekteras flera minuter efter en kort hissresa av en infekterad person, " säger KAUSTs elektroingenjör Osama Amin.

Teamets ekvationer och andningssimuleringar tyder på att en biosensors förmåga att upptäcka ett virus förbättras när den placeras på en hissvägg som kan reflektera partiklar. Också, för att skydda framtida boende, mängden partiklar i luften kan minskas genom att göra de andra tre väggarna absorberande.

Amin och hans kollegor på KAUST har arbetat med att utveckla ett otraditionellt kommunikationskoncept som kallas "kommunikation via andetag". Konceptet modellerar kemiska och biologiska molekyler som släpps ut i utandning som om de är informationsbärare i ett kommunikationssystem som kan detekteras i andra änden av en "mottagare, " i det här fallet en biosensor.

"Denna typ av studie kräver input från forskare med varierad expertis inom teoretisk kanalmodellering, systemdesign och integration, och maskininlärningsscheman, säger Amin.

I deras tidigare arbete, de använde ekvationer för att förstå hur utandade molekyler sprids i öppna ytor. De föreslog också ett avkänningssystem som kan upptäcka molekyler som andas ut från människors andetag vid masssamlingar.

I sitt nuvarande arbete, de utvecklade en modell och simuleringar som beskriver vad som händer med molekyler som andas ut i ett slutet rum över rum och tid. Deras modellering tog hänsyn till väggarnas förmåga att absorbera eller reflektera partiklar. När deras modeller väl kunde beskriva, lösa och simulera virusladdade partikelkoncentrationer i ett litet rum över rum och tid, forskarna arbetade med att beräkna sannolikheten för att en biosensor skulle kunna upptäcka dessa partiklar.

Beräkningarna förutsatte utplacering av en biosensor som använder antikroppar för att binda till ett specifikt virus och initiera en signal. De tog också hänsyn till parametrar som aerosolprovtagningstid och volym, provtagningseffektivitet och sannolikheten för att antikropparna binder till ett virus.

"Vår studie tillhandahåller viktiga matematiska och simuleringsredskap för vår ledande forskning om kommunikation via andetag, som vi hoppas kommer användas för fler analyser och systemdesigner, "säger KAUST datorvetare Basem Shihada.

Teamet utvecklar nu en aerosolprovtagnings- och detektionsprototyp för organiska kemikalier som andas ut i andetag. "Vi planerar också att föreslå mekanismer som minskar sannolikheten för infektion i små utrymmen, inklusive ventilationsmekanismer, periodisk luftsanering och design av absorberande och reflekterande väggar, säger Shihada.