ウイルスろ過と不活性化のための新しい持続可能なフィルター

Covid-19のパンデミックは、ナノスケールの呼吸ウイルスから始まり、マクロスケール経済の閉鎖につながった世界人口に複数のスケールの影響を与えました。SARS-COV-2（重度の急性呼吸症候群コロナウイルス2）とエアロゾル化液滴を介したその変異体の直接伝達は、この感染の増加症例に大きな貢献者です。スプレッドを抑えるために、最高のエンジニアリングされたソリューションの1つは、感染した人から健康な人への感染性唾液マイクロドロップレットの通過を防ぐためのフェイスマスクの使用です。市販のマスクは、単一使用のパッシブフェイスピースフィルターです。これらは、激しい活動中に呼吸するのが難しくなります。また、時間の経過とともに不要な粒子状および病原体が蓄積するため、定期的に処分する必要があります。これらのマスクの頻繁な処分は、環境には持続不可能です。この研究では、強化されたウイルスろ過、通気性の向上、およびウイルスの不活性化のためのフィルターの新しいデザインを提案しました。フィルターは、その（hy）のドロフォビクビック特性にちなんで名付けられたHy-cuと呼ばれ、別の重要な層は銅（Cu）で構成されています。HY-CUの通気性（フィルター全体の圧力低下）がテストされ、実験的および数値的に広く使用されている外科用マスクおよびKN95マスクと比較されます。結果は、HY-CUフィルターが市販のマスクと比較して少なくとも10％少ない空気抵抗を提供することを示しています。MS2バクテリオファージ（SARS-COV-2と同様のタンパク質構造）を使用したウイルスろ過および不活性化テストに関する実験結果は、新規フィルターが2時間にわたって90％のフィルタリング効率と99％のウイルスの不活性化を持っていることを示しています。これにより、Hy-Cuフィルターが再利用可能になり、単一使用マスクの賢明な代替品が得られます。

The COVID-19 pandemic has caused a multi-scale impact on the world population that started from a nano-scale respiratory virus and led to the shutdown of macro-scale economies. Direct transmission of SARS-CoV-2 (Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2) and its variants through aerosolized droplets is a major contributor towards increasing cases of this infection. To curb the spread, one of the best engineered solutions is the use of face masks to prevent the passage of infectious saliva micro-droplets from an infected person to a healthy person. The commercially available masks are single use, passive face-piece filters. These become difficult to breathe in during strenuous activities. Also, they need to be disposed regularly due to accumulation of unwanted particulate and pathogens over time. Frequent disposal of these masks is unsustainable for the environment. In this study, we have proposed a novel design for a filter for enhanced virus filtration, better breathability, and virus inactivation over time. The filter is called Hy-Cu named after its (Hy) drophobic properties and another significant layer comprises of copper (Cu). The breathability (pressure drop across filter) of Hy-Cu is tested and compared with widely used surgical masks and KN95 masks, both experimentally and numerically. The results show that the Hy-Cu filter offers at least 10% less air resistance as compared to commercially available masks. The experimental results on virus filtration and inactivation tests using MS2 bacteriophage (a similar protein structure as SARS-CoV-2) show that the novel filter has 90% filtering efficiency and 99% virus inactivation over a period of 2 h. This makes the Hy-Cu filter reusable and a judicious substitute to the single use masks.