Настольная система воздушной завесы может препятствовать распространению вирусов в больницах

Медицинские процедуры, например забор проб крови или интубация, зачастую требуют работы медицинского персонала в непосредственной близости от пациента. Для защиты медицинских работников от потенциального воздействия возбудителей инфекционных заболеваний в таких ситуациях коллектив сотрудников Нагойского университета в Японии разработал настольную систему воздушной завесы (DACS), которая блокирует выделяемые аэрозольные частицы и препятствует возможному распространению вирусов, в том числе SARS-CoV-2.

В верхней части устройства DACS находится генератор, создающий равномерный поток воздуха, который затем направляется к впускному отверстию в нижней части устройства. Таким образом формируется равномерная воздушная завеса. Поскольку такая интегрированная система включает в себя отверстия как для выпуска, так и для впуска воздуха, ее можно установить где угодно. Она достаточно портативна и поэтому может использоваться даже как настольное устройство. Встроенный во впускное отверстие высокоэффективный воздушный фильтр тонкой очистки (HEPA-фильтр) обеспечивает очистку воздуха.

«Мы считаем, что наша система сможет эффективно использоваться в качестве косвенного барьера в лабораториях, где проводится исследование крови, в больничных палатах и в других ситуациях, когда невозможно сохранять достаточную физическую дистанцию, например за стойкой регистрации», — заявляет первый автор устройства Котаро Такамуре в сообщении для печати.

Чтобы получить возможность применять DACS в лечебных учреждениях, Такамуре с коллегами провели серию экспериментов с использованием условий, имитирующих будку для забора крови. Для оценки поля скоростей воздушной завесы исследователи использовали метод анемометрии по изображениям частиц (PIV) и проволочный термоанемометр. Измерения подтвердили, что скорость потока воздуха в воздушной завесе, формируемой устройством DACS, поддерживается на одном уровне от выпускного до впускного отверстия.

Затем для имитации выдоха человека ученые использовали воздушный компрессор, присоединенный к манекену. Через трубку в области рта манекена воздух, содержащий аэрозольные частицы (частицы растворителя диоктилсебацината диаметром 2–3 мкм), выдували по направлению к воздушной завесе со скоростью 52 л/мин. Расстояние от точки выхода воздуха до центра DACS составляло 250 мм.

При выключенном устройстве DACS результаты измерений методом PIV показали, что выделяемые аэрозольные частицы рассеивались по мере продвижения вперед и проходили через «ворота» DACS на другую

сторону. Скорость движения частиц была максимальной непосредственно после их выброса изо рта манекена, после чего скорость постепенно снижалась.

При работающем устройстве DACS на начальном этапе ученые наблюдали сходное поведение частиц. Однако после приближения к «воротам» устройства аэрозольные частицы резко поворачивали вниз вдоль воздушной завесы и в конечном итоге всасывались через впускное отверстие, причем ни одна частица не проходила сквозь «ворота».

Затем ученые рассмотрели ситуацию, имитирующую применение DACS во время забора крови. В этом случае рука манекена лежала на «воротах». Наблюдалось изменение характера тока воздуха в воздушной завесе, вызванное положением руки, что приводило к образованию турбулентного потока поблизости. Однако это никак не повлияло на эффективность блокировки аэрозольных частиц. Как показала статистическая оценка, при расположении руки на «воротах» аэрозольные частицы все равно не проходили на другую сторону воздушной завесы, что свидетельствует об эффективной блокировке частиц даже в присутствии турбулентных потоков.

В настоящее время коллектив ученых работает над интеграцией в DACS системы инактивации вирусов, основанной на подключении к впускному отверстию ультрафиолетовых светодиодов. Ультрафиолетовое излучение разрушает наружную оболочку вирусных частиц; далее очищенный воздух можно повторно использовать для поддержания воздушной завесы. Лабораторные испытания показали, что сочетание воздушной завесы с УФ-излучением позволяет инактивировать 99,9% вирусных частиц SARS-CoV-2.

«В настоящее время в качестве перегородок широко применяют листы оргстекла. Однако наша воздушная завеса не просто задерживает вирусы, она их еще и инактивирует», — рассказывает один из авторов изобретения Томоми Утияма. — «Поэтому мы ожидаем, что наше устройство заменит перегородки из оргстекла и найдет широкое применение в медицине».

Как говорит Котаро Такамуре, в дальнейшем коллектив займется разработкой компактного и легкого устройства для инактивации вирусов. Уменьшение размеров прибора при сохранении эффективности уничтожения вирусов, по его словам, позволит получить более универсальное изделие, которое можно будет использовать в различных условиях.