Desktop-Luftschleier könnten die Ausbreitung von Viren in Krankenhäusern blockieren

Medizinische Verfahren wie beispielsweise die Entnahme von Blutproben oder die Intubation erfordern, dass Ärzte und anderes medizinisches Personal in unmittelbarer Nähe des Patienten arbeiten. Um sie in solchen Szenarien vor Infektionen zu schützen, hat ein Team von Nagoya Universität in Japan hat ein Desktop-Luftschleiersystem (DACS) entwickelt, das ausgestoßene Aerosolpartikel blockiert und eine mögliche Ausbreitung von Viren wie SARS-CoV-2 verhindert.

Das DACS enthält oben einen Generator, der einen gleichmäßigen Luftstrom erzeugt, der dann zu einem Sauganschluss an der Unterseite des Geräts geleitet wird, wodurch effektiv ein gleichmäßiger Luftvorhang entsteht. Da dieses integrierte System sowohl einen Auslass- als auch einen Sauganschluss enthält, kann es an jedem beliebigen Ort installiert werden und ist tragbar genug, um auf einem Schreibtisch platziert zu werden. Ein hocheffizienter Partikelluftfilter (HEPA) im Sauganschluss kann für die Luftreinigung sorgen.

„Wir gehen davon aus, dass dieses System als indirekte Barriere für den Einsatz in Blutuntersuchungslabors, Krankenstationen und anderen Situationen, in denen kein ausreichender physischer Abstand eingehalten werden kann, wie beispielsweise an einer Empfangstheke, wirksam sein wird“, sagt der Erstautor Kotaro Takamure In einer Pressekonferenz.

Um das Potenzial des DACS in einer medizinischen Umgebung zu bewerten, führten Takamure und Kollegen eine Reihe von Experimenten mit einem Aufbau durch, der einer Blutentnahmekabine nachempfunden war. Zunächst nutzten sie die Particle Image Velocimetry (PIV) und ein Hitzdraht-Anemometer, um das Geschwindigkeitsfeld des Luftschleiers auszuwerten. Die Messungen bestätigten, dass die Durchflussrate des vom DACS erzeugten Luftvorhangs vom Auslassanschluss bis zum Sauganschluss aufrechterhalten wird.

Als nächstes verwendete das Team einen Luftkompressor, der an eine Schaufensterpuppe angeschlossen war, um die menschliche Ausatmung zu simulieren. Ein Schlauch am Mund der Schaufensterpuppe blies Luft, die Aerosolpartikel (Partikel des Lösungsmittels Dioctylsebacat mit einem Durchmesser von 2–3 µm) enthielt, mit einer Durchflussrate von 52 l/min in Richtung des Luftvorhangs. Der Abstand vom Luftauslass bis zur Mitte des DACS betrug 250 mm.

Bei ausgeschaltetem DACS zeigten PIV-Messungen, dass die emittierten Aerosolpartikel bei ihrer Vorwärtsbewegung diffundierten und direkt durch das Tor des DACS auf die andere Seite wanderten. Die Partikel hatten unmittelbar nach dem Ausstoß aus dem Mund der Schaufensterpuppe ihre maximale Geschwindigkeit und verlangsamten sich dann allmählich.

Wenn das DACS in Betrieb ist, beobachteten die Forscher ein ähnliches Anfangsverhalten. Als sich die Aerosolpartikel jedoch dem Tor näherten, wurden sie zusammen mit der Luftschleierströmung abrupt nach unten gebogen und schließlich in die Saugöffnung gesaugt, ohne dass sie durch das Tor gelangten.

Anschließend untersuchten die Forscher ein Szenario, das die Verwendung des DACS während der Blutentnahme nachahmte, wobei der Arm der Schaufensterpuppe auf dem Tor ruhte. Sie sahen, dass der Arm den Luftstrom des Vorhangs störte und in der Nähe eine turbulente Strömung erzeugte. Die Aerosolblockierungsleistung blieb jedoch davon unberührt. Statistische Auswertungen ergaben, dass selbst mit dem Arm am Tor keine Aerosolpartikel die andere Seite des Luftschleiers erreichten, was eine wirksame Partikelblockierung auch bei Turbulenzen belegt.

Das Team integriert nun auch ein Virusinaktivierungssystem in das DACS, das UV-LEDs nutzt, die an den Sauganschluss angeschlossen sind. Die UV-Bestrahlung zerstört die äußere Hülle der Viruspartikel; Die desinfizierte Luft kann dann umgewälzt werden, um den Luftstrom des Luftschleiers aufrechtzuerhalten. Labortests ergaben, dass die Kombination des Luftschleiers mit UV-Bestrahlung 99.9 % der SARS-CoV-2-Partikel inaktivierte.

„Obwohl Acrylplatten derzeit häufig als Trennwände verwendet werden, blockiert unser Luftschleier Viren nicht nur, sondern deaktiviert sie auch“, sagt Co-Autor Tomomi Uchiyama. „Wir gehen daher davon aus, dass dieses Gerät Acryl-Trennwände überflüssig machen und weit verbreitet werden wird.“

Takamure sagt, dass das zukünftige Ziel der Gruppe darin besteht, ein kompaktes und leichtes Gerät zur Vireninaktivierung zu entwickeln. „Wenn wir eine Miniaturisierung erreichen können, ohne die Leistung der Virusinaktivierung zu beeinträchtigen, erwarten wir, dass das Gerät vielseitiger wird“, sagt er Physik-Welt.

Das DACS ist in beschrieben AIP-Fortschritte.

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• Quelle: https://physicsworld.com/a/desktop-air-curtain-could-block-viral-spread-in-hospitals/