Nu COVID-19 over de hele wereld woedt, onderzoekers verdubbelen de methoden voor het ontwikkelen van diverse antimicrobiële technologieën die effectief kunnen zijn bij het doden van een virus, maar onschadelijk voor mens en milieu.

Een recente studie door een KAIST-onderzoeksteam zal een van de antwoorden op dergelijke inspanningen zijn. Professor Seung Seob Lee en Dr. Ji-hun Jeong van de afdeling Werktuigbouwkunde ontwikkelden een onschadelijk prototype voor luchtsterilisatie met elektrisch gespoten water uit een polymeer micronozzle-array. Deze studie is een van de projecten die wordt ondersteund door het KAIST New Deal R&D-initiatief als reactie op COVID-19. Hun studie werd gerapporteerd in Polymer.

De elektrisch gespoten microdruppeltjes kapselen reactieve zuurstofsoorten in zoals hydroxylradicalen, superoxiden waarvan bekend is dat ze een antimicrobiële functie hebben. De inkapseling verlengt de levensduur van reactieve zuurstofsoorten, waardoor de druppeltjes hun antimicrobiële functie effectief kunnen uitoefenen. Voorafgaand onderzoek heeft de antimicrobiële en inkapselingseffecten van elektroverstoven druppels al bewezen.

Ondanks het potentieel voor antimicrobiële toepassingen, elektrisch gespoten water werkt over het algemeen onder een elektrische ontladingsconditie, die ozon kunnen genereren. Het is bekend dat het inademen van ozon schade toebrengt aan het ademhalingssysteem van de mens. Een andere technische barrière voor elektrospuiten is het probleem met het lage debiet. Aangezien elektrosproeien de afhankelijkheid van de druppelgrootte van de stroomsnelheid vertoont, er is een limiet voor de hoeveelheid watermicrodruppels die een enkele spuitmond kan produceren.

Met dit in gedachten, het onderzoeksteam ontwikkelde een diëlektrische polymeer micro-nozzle-array om het multiplex elektrosproeien van water uit te voeren zonder elektrische ontlading. De polymeer micro-nozzle-array werd vervaardigd met behulp van het MEMS-proces (Micro Electro-Mechanical System). Volgens het onderzoeksteam de nozzle kan 5 tot 19 micronozzles dragen, afhankelijk van de gewenste toepassing.

De hoge aspectverhouding van de micro-nozzle en een in-plane extractor werden voorgesteld om het elektrische veld aan de punt van de micro-nozzle te concentreren, die de elektrische ontlading voorkomt die wordt veroorzaakt door de hoge oppervlaktespanning van water. Er werd ook een micro-pijlerreeks met een hydrofobe coating rond de micro-nozzle voorgesteld om het nat worden van de micro-nozzle-array te voorkomen.

De polymeer micro-nozzle-array presteerde in een constante kegelstraalmodus zonder elektrische ontlading, zoals bevestigd door hogesnelheidsbeeldvorming en nanoseconde gepulseerde beeldvorming. De watermicrodruppeltjes werden gemeten in het bereik van zes tot 10 m en vertoonden een antimicrobieel effect op Escherichia coli en Staphylococcus aureus.

Professor Lee zei:"Wij zijn van mening dat dit onderzoek kan worden toegepast op airconditioningproducten in gebieden die antimicrobiële en bevochtigende functies vereisen."