Hoe lang blijven virusbeladen deeltjes in een lift aanwezig nadat een met COVID-19 geïnfecteerde persoon vertrekt? En is er een manier om die deeltjes te detecteren? Een groep elektrotechnici en computerwetenschappers van KAUST probeerde deze vragen te beantwoorden met behulp van wiskundige vloeistofdynamica-vergelijkingen.

"We ontdekten dat met virus beladen deeltjes enkele minuten na een korte liftrit door een geïnfecteerde persoon nog steeds kunnen worden gedetecteerd, ", zegt KAUST elektrotechnisch ingenieur Osama Amin.

De vergelijkingen en ademsimulaties van het team suggereren dat het vermogen van een biosensor om een ​​virus te detecteren verbetert wanneer deze op een liftwand wordt geplaatst die deeltjes kan reflecteren. Ook, toekomstige bewoners te beschermen, de hoeveelheid deeltjes in de lucht kan worden verminderd door de andere drie wanden absorberend te maken.

Amin en zijn collega's bij KAUST hebben gewerkt aan de ontwikkeling van een niet-traditioneel communicatieconcept genaamd 'communicatie via adem'. Het concept modelleert chemische en biologische moleculen die in uitgeademde lucht worden uitgezonden alsof ze informatiedragers zijn in een communicatiesysteem dat aan de andere kant kan worden gedetecteerd door een "ontvanger, " in dit geval een biosensor.

"Dit soort onderzoek vereist input van onderzoekers met uiteenlopende expertise in theoretische kanaalmodellering, systeemontwerp en integratie, en machine learning-schema's, ' zegt Amine.

In hun eerdere werk ze gebruikten vergelijkingen om te begrijpen hoe uitgeademde moleculen zich verspreiden in open ruimtes. Ze stelden ook een detectiesysteem voor dat moleculen kan detecteren die worden uitgeademd uit de adem van mensen tijdens massabijeenkomsten.

In hun huidige werk ze ontwikkelden een model en simulaties die beschrijven wat er gebeurt met moleculen die in adem worden uitgeademd in een afgesloten ruimte in ruimte en tijd. Hun modellering hield rekening met het vermogen van muren om deeltjes te absorberen of te reflecteren. Toen hun modellen eenmaal konden beschrijven, oplossen en simuleren van virus-beladen deeltjesconcentratie in een kleine ruimte in ruimte en tijd, de onderzoekers werkten aan het berekenen van de kans dat een biosensor die deeltjes kan detecteren.

De berekeningen gingen uit van de inzet van een biosensor die antilichamen gebruikt om zich aan een specifiek virus te binden en een signaal te initiëren. Ze hielden ook rekening met parameters zoals de tijd en het volume van de aerosolbemonstering, bemonsteringsefficiëntie en de waarschijnlijkheid dat de antilichamen aan een virus binden.

"Onze studie biedt essentiële wiskundige en simulatie-instrumenten voor ons toonaangevende onderzoek naar communicatie via adem, waarvan we hopen dat het zal worden gebruikt voor meer analyses en systeemontwerpen, ", zegt KAUST-computerwetenschapper Basem Shihada.

Het team ontwikkelt nu een prototype voor aerosolbemonstering en -detectie voor organische chemicaliën die in adem worden uitgeademd. "We zijn ook van plan mechanismen voor te stellen die de kans op infectie in kleine ruimtes verminderen, inclusief ventilatiemechanismen, periodieke luchtreiniging en het ontwerp van absorberende en reflecterende wanden, ', zegt Shihada.