マイナスイオンと電界を照射し、通信を妨げずに飛沫・エアロゾル感染を対策

Apr 22, 2024

Scientific Reports volume 13、記事番号: 13965 (2023) この記事を引用

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新型コロナウイルス感染症のパンデミックでは、飛沫・エアロゾル感染対策としてロックダウンやアクリルパーティションが採用された。 ただし、これらの対策では通信が制限されます。 この研究では、マイナスイオンと電場を使用した遮断装置が開発されました。 このデバイスは、飛沫/エアロゾルを模したミストを最大 89% ブロックしますが、通信に重要な光と音は透過します。 このデバイスは、診療所の患者から拡散する新型コロナウイルス感染症（COVID-19）ウイルスを含むエアロゾルに対して効果的な遮断性能を実証しました。 私たちのデバイスは、通信を中断することなく感染を防ぐのに役立ちます。

感染は、会話や咳によって発生する飛沫やエアロゾルを介して広がります。 たとえば、H1N1 インフルエンザ、重症急性呼吸器症候群 (SARS)、および中東呼吸器症候群 (MERS) は、飛沫/エアロゾル 1 によって蔓延しました。 さらに、新型コロナウイルス感染症（COVID-19）は主に飛沫/エアロゾルおよび接触2を介して感染し、深刻な世界的パンデミックを引き起こします。 したがって、飛沫・エアロゾル感染への対策は公衆衛生を維持するために不可欠です。

新型コロナウイルス感染症のパンデミックの初期段階では、世界中で厳格な対策としてロックダウンが適用されました3。 しかし、それらは、対面での交流の減少や深刻な経済的損失4、うつ病などの精神疾患5,6の誘発などの深刻な問題を抱えているため、持続不可能な対策であり、以前に報告したように、未就学児の社会的感情スキルの発育を阻害し、幼児の増加を引き起こしました。親の虐待行為7,8。 そのため、経済活動や日常の交流を中断することなく持続可能なパンデミック対策が求められています。

パーティションは通信時の飛沫・エアロゾル感染を防ぐための対策です。 パーテーションのデメリットは音や光の反射と遮蔽です。 反射した音声は話者9に不快感を与え、遮断効果によりコミュニケーションが妨げられます。 反射光により表情が読み取れなくなります。 そのため、飛沫・エアロゾルを遮断しながら音や光を透過する方法が必要となります。

コミュニケーションを損なうことなく持続可能な感染症対策を実現するために、飛沫・エアロゾルを遮断しながら音や光を透過するマイナスイオンと電場の利用に着目しました。 マイナスイオンと電場は、空気中のウイルスや細菌を効率的に収集するため、従来から空気清浄機に適用されています10、11、12。 人がコミュニケーションを行う場所での飛沫・エアロゾルの遮断には、マイナスイオンと電場が応用できるソリューションであると考えました。

本研究では、マイナスイオンと電場を利用して飛沫・エアロゾルを遮断するデバイスを提案します。 高さ 8 ～ 50 cm のさまざまな遮断デバイスを用意し、電場をシミュレートしました。 大気中の浮遊物に対するマイナスイオンと電場の影響、マイナスイオンの誘導における電場の影響、遮断装置の遮断性能、異なる高さ位置での遮断性能、光と音の透過と反射が観察されました。 この遮断装置は、新型コロナウイルスを含むエアロゾルに対する遮断について最終的に調査された。

遮断装置 (図 1a に示す) は、イオナイザー、接地、および収集電極の 3 つの主要部分で構成されます。 遮断装置の幅は 36 cm、高さは実験ごとに変更しました。 図 1b にデバイスの概略図を示します。 3 ～ 11 個のイオナイザー (Huizhou Pengkui Technology Co.、中国) を遮断装置の上面の中心線上に等間隔で取り付けました。 イオナイザーは 12 V DC 電源 (PR18-3A、TEXIO) に接続されました。 イオナイザーの 2 つの電極でのコロナ放電によってマイナスイオンが生成されました。 なお、イオナイザー内でのマイナスイオン発生時に半導体センサー（オゾンチェッカー OC-300、オゾンテクニカ株式会社）を使用してもオゾンは検出されませんでした。 センサーの検出限界は0.001ppmでした。 イオナイザーを囲む遮断装置の上面に、アースとして金属メッシュを取り付けました。 収集電極を遮断装置の底部に取り付けた。 高圧電源（GS30P、Green Techno）を使用して、総電圧 + 15 kV を集電電極に印加しました。