Βελτιωμένα συστήματα φιλτραρίσματος αέρα που απενεργοποιούν τους ιούς

Περίληψη

Ο ιός που προκαλεί το COVID-19 μπορεί να μεταδοθεί από το ένα άτομο στο άλλο μέσω μικροσκοπικών σωματιδίων νερού που ονομάζονται αερολύματα και του ιδίου του ιού. Φτιάχνουμε αυτά τα αερολύματα όταν αναπνέουμε και περισσότερο όταν μιλάμε, φωνάζουμε ή τραγουδάμε. Τα αερολύματα διαφέρουν από τα μεγαλύτερα σταγονίδια που μεταδίδουν τον COVID-19. Μεγαλύτερα σταγονίδια πέφτουν στο έδαφος γρήγορα και απομακρύνονται τρία έως έξι μέτρα από το άτομο που τα δημιουργεί. Τα αερολύματα μπορούν να παραμένουν στον αέρα για ώρες και να ταξιδεύουν μεγάλες αποστάσεις. Τα αερολύματα περιέχουν λιγότερους ιούς από τα μεγαλύτερα σταγονίδια, επομένως πρέπει να εισπνεύσετε περισσότερα αερολύματα για να αρρωστήσετε. Τα αερολύματα μπορούν να συσσωρευτούν εάν ο αέρας στο εσωτερικό δεν κυκλοφορεί σωστά. Η μετάδοση ιών κατά τις πτήσεις αυξάνεται κατά τους χειμερινούς μήνες, επειδή οι άνθρωποι περνούν περισσότερο χρόνο σε εσωτερικούς χώρους και συχνά έχει πολύ κρύο για να κρατήσουν τα παράθυρα ανοιχτά. Το χειμώνα, ο αέρας είναι πιο ξηρός, ειδικά σε θερμαινόμενους εσωτερικούς χώρους. Ο ξηρός αέρας καταστρέφει την επένδυση της αναπνευστικής οδού και μπορεί να διευκολύνει την είσοδο του ιού στους αεραγωγούς. Σημαίνει επίσης ότι μικρότερα αερολύματα επιπλέουν περισσότερο στον αέρα. Ως εκ τούτου, η μετάδοση του COVID-19 κατά τις πτήσεις αναμένεται να είναι πιο συχνή κατά τους χειμερινούς μήνες. Εάν δεν είστε πλήρως εμβολιασμένοι, φορώντας μάσκες προσώπου και παραμένετε τουλάχιστον ένα μέτρο μακριά από άλλους ανθρώπους, καθώς και να υπάρχει καλή κυκλοφορία του αέρα (αερισμός) σε κτίρια, σχολεία και σπίτια, καθώς και συσκευές καθαρισμού του αέρα που κατασκευάζονται με χρήση νανοτεχνολογίας, θα μειώσετε την εξάπλωση του COVID- 19 στα αερολύματα.

Λέξεις-κλειδιά:  συστήματα φιλτραρίσματος αέρα, νανοτεχνολογία, COVID-19

1. Εισαγωγή

Ο COVID-19 ανάγκασε τον ανθρώπινο πληθυσμό να ξανασκεφτεί τον τρόπο ζωής. Η απειλή που συνιστά η πιθανή εξάπλωση του ιού μέσω του αερομεταφερόμενου τρόπου μετάδοσης μέσω συστημάτων αερισμού σε κτίρια και περιορισμένους χώρους έχει αναγνωριστεί ως μείζον θέμα ανησυχίας. Για τον μετριασμό αυτής της απειλής, οι ερευνητές έχουν ανακαλύψει διαφορετικές τεχνολογίες και μεθόδους που μπορούν να εξαλείψουν ή να μειώσουν τη συγκέντρωση του ιού στα συστήματα εξαερισμού και στους εσωτερικούς χώρους. Αν και πολλές τεχνολογίες και μέθοδοι έχουν ήδη ερευνηθεί, ορισμένες είναι επί του παρόντος εμπορικά διαθέσιμες, αλλά οι ανησυχίες για την αποτελεσματικότητά τους και την ασφάλειά τους δεν έχουν διερευνηθεί πλήρως. Αυτό το άρθρο περιέχει μια σύντομη ανασκόπηση διαφόρων εφαρμοστέων τεχνολογιών και μεθόδων για την καταπολέμηση των αερομεταφερόμενων ιών σε συστήματα αερισμού και εσωτερικούς χώρους, προκειμένου να αποκτηθεί μια ευρύτερη εικόνα και επισκόπηση της τρέχουσας κατάστασης έρευνας και ανάπτυξης. Περιλαμβάνει αποτελεσματική διήθηση αέρα, ιονισμό αέρα, περιβαλλοντικό έλεγχο, υπεριώδη μικροβιοκτόνο ακτινοβολία, μη θερμικό πλάσμα και αντιδρώντα είδη οξυγόνου, επικαλύψεις φίλτρων, χημικά απολυμαντικά και απενεργοποίηση θερμότητας. Σε αυτό το άρθρο, θα δοθούν πληροφορίες σχετικά με τα συστήματα φιλτραρίσματος αέρα που αποτρέπουν τους ιούς.

Ο COVID-19 ανάγκασε τον ανθρώπινο πληθυσμό να προσαρμοστεί γρήγορα στον απόηχο του νέου και εξαιρετικά μεταδοτικού ιού. Οι τρόποι μετάδοσης δεν είναι πλήρως κατανοητοί. Ωστόσο, είναι αποδεκτό ότι ο ιός μπορεί να μεταδοθεί στον αέρα με άμεση επαφή με άλλο άτομο ή με εξάτμιση σταγονιδίων του αναπνευστικού ως πυρήνες σταγονιδίων που μπορούν να παραμείνουν αιωρούμενοι για μεγάλο χρονικό διάστημα ως αερολύματα [23, 20, 7]. Αυτά τα αερολύματα μπορεί να περάσουν μέσα από συστήματα εξαερισμού σε κτίρια και περιορισμένους χώρους, εισβάλλοντας τελικά σε άλλες περιοχές μακριά από μολυσμένα άτομα [6, 14]. Ενώ υπάρχει κάποια συζήτηση σχετικά με τη σοβαρότητα της απειλής που αποτελούν αυτά τα αερομεταφερόμενα σταγονίδια, αναγνωρίζεται ότι αυτή η μορφή μετάδοσης για τυπικά περιορισμένους χώρους δεν μπορεί να αγνοηθεί. Επιπλέον, μια πρόσφατη μελέτη υποδηλώνει ακόμη ότι η αεροπορική μετάδοση μπορεί να είναι ο κυρίαρχος τρόπος μεταφοράς (Εικ. 1) [6].

Αν και το COVID-19 δεν είναι πλήρως κατανοητό, πολλά μαθήματα έχουν αντληθεί από προηγούμενους αερομεταφερόμενους ιούς όπως η φυματίωση και διάφορα στελέχη της γρίπης [14, 21]. Από μια πολύ βασική κατανόηση του τρόπου με τον οποίο εξαπλώνονται οι ιοί, προκύπτει ότι μια ορισμένη ποσότητα ιού πρέπει να εισέλθει σε ένα μη μολυσμένο άτομο προκειμένου να αυξηθεί το ιικό φορτίο και να δημιουργηθεί μια νέα μόλυνση. Παραδοσιακά, αυτό ορίζεται στην επιδημιολογική βιβλιογραφία ως ένα κβάντο, ο αριθμός των μολυσματικών αερομεταφερόμενων σωματιδίων που απαιτούνται για τη μόλυνση του 63% των ατόμων σε έναν περιορισμένο χώρο [22] και χρησιμεύει ως βασικό κριτήριο για πολλά μοντέλα που προσπαθούν να ποσοτικοποιήσουν την πιθανότητα μόλυνσης χωρίς έκθεση σε παθογόνο. Αυτό το μοντέλο βασίζεται σε μια υπόθεση θαλάμου που υποστηρίζεται στη βιβλιογραφία [19, 2, 26]. Και απλώς υποθέτει ότι τα σωματίδια είναι ομοιόμορφα διασκορπισμένα σε έναν κλειστό χώρο αντί να δημιουργούν ένα μικρό σύννεφο αερολυμάτων που διαχέονται γύρω από ένα μολυσμένο άτομο. Η εξάπλωση και η επίδραση της μόλυνσης καθορίζονται από παράγοντες όπως το ιικό φορτίο, ο ρυθμός εισπνοής, η συγκέντρωση όγκου σταγονιδίων που αποβάλλονται από το μολυσμένο άτομο, ο αριθμός των ιικών σωματιδίων που απαιτούνται για την έναρξη μιας μόλυνσης και ο όγκος του κλειστού χώρου.

Φιγούρα 1. Κίνδυνος μόλυνσης από αερομεταφερόμενα σταγονίδια.

Μαθηματικά, ο ρυθμός κβαντικής εκπομπής καθορίζεται από το ιικό φορτίο, τον ρυθμό εισπνοής, τη συγκέντρωση όγκου σταγονιδίων που αποβάλλονται από το μολυσμένο άτομο και τον αριθμό των ιικών σωματιδίων που απαιτούνται για την έναρξη μιας μόλυνσης. Τα αποτελέσματα για τη μείωση της πιθανότητας μόλυνσης είναι παράγοντες όπως η ανταλλαγή αέρα, ο ρυθμός διήθησης αέρα, η καθίζηση σταγονιδίων, ο ρυθμός καθίζησης σταγονιδίων, ο ρυθμός αδρανοποίησης και η ακτίνα σωματιδίων.

Ως εκ τούτου, αρκετοί βασικοί παράγοντες μπορούν να θεωρηθούν ως πιθανές μέθοδοι αφαίρεσης ιικών σωματιδίων από έναν περιορισμένο χώρο για τη μείωση της πιθανότητας μόλυνσης. Αυτά είναι (Εικ. 2):

• Αύξηση της παροχής φρέσκου αέρα και κατά συνέπεια μείωση της κβαντικής συγκέντρωσης.
• Αύξηση του ρυθμού φιλτραρίσματος για ένα σύστημα HVAC.
• αύξηση του ρυθμού εναπόθεσης ιικών σωματιδίων στις επιφάνειες.
• αύξηση της αδρανοποίησης του ιού.

Σχήμα 2. Βελτίωση της ποιότητας του αέρα σε εσωτερικούς χώρους για την πρόληψη του COVID-19.

 

Αν και διαφέρει στον ορισμό, η αύξηση του ρυθμού εναπόθεσης των ιικών σωματιδίων μπορεί να θεωρηθεί παρόμοια με την αύξηση του ρυθμού καθίζησης. Η καθίζηση αναφέρεται στην καθίζηση σωματιδίων στο έδαφος ή σε άλλες επιφάνειες λόγω βαρυτικών δυνάμεων. Ωστόσο, τα αιωρούμενα σωματίδια μπορούν επίσης να συσσωρευτούν σε τοίχους και άλλες επιφάνειες λόγω μηχανισμών όπως η αφύσικη διάχυση για την καθίζηση σωματιδίων. Τα Κέντρα Ελέγχου και Πρόληψης Νοσημάτων (CDC) και ο Παγκόσμιος Οργανισμός Υγείας (ΠΟΥ) επιβεβαιώνουν την απομάκρυνση των ιικών σωματιδίων μέσω ανταλλαγής αέρα [8, 4]. Και προτείνουμε την αύξηση της παροχής φρέσκου αέρα ως έναν απλό τρόπο μείωσης της συγκέντρωσης των ιικών σωματιδίων σε έναν περιορισμένο χώρο. Ο ιονισμός αέρα μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την αύξηση του ρυθμού απομάκρυνσης των ιικών σωματιδίων από έναν περιορισμένο χώρο αυξάνοντας την αποτελεσματικότητα της διήθησης και την εναπόθεση σωματιδίων. Διάφορες μέθοδοι είναι διαθέσιμες για την αποστείρωση του αέρα και για να καταστήσουν τον ιό ακίνδυνο, αυξάνοντας έτσι τον ρυθμό αδρανοποίησης του ιού και μειώνοντας την ανάγκη απομάκρυνσης σωματιδίων από τον αέρα. Από αυτή την άποψη, μπορούν να αναφερθούν τα ακόλουθα.

• Μικροβιοκτόνος υπεριώδης ακτινοβολία (UVGI).Αυτή είναι μια παραδοσιακά δημοφιλής τεχνολογία για την καταπολέμηση των αερομεταφερόμενων ιών (Εικ. 3).
• Έλεγχος θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας. Έχει επίσης προταθεί ότι ο άμεσος έλεγχος των περιβαλλοντικών συνθηκών μιας περιοχής δημιουργεί ένα δυσμενές περιβάλλον για τους ιούς, αυξάνοντας έτσι τον φυσικό ρυθμό αδρανοποίησης των ιών. Αυτό περιλαμβάνει τον έλεγχο της θερμοκρασίας και της σχετικής υγρασίας μιας περιοχής για τη διατήρηση ενός ιδιαίτερα γενικά εχθρικού περιβάλλοντος.
• Μη θερμικό πλάσμα και δραστικά είδη οξυγόνου. Αυτά προσφέρουν άλλες εναλλακτικές λύσεις για την απενεργοποίηση του ιού που έχουν αποδειχθεί αποτελεσματικές έναντι των βακτηρίων και άλλων μικροβίων.
• Χρήση επιστρώσεων φίλτρου. Μια άλλη πιθανή μέθοδος χρησιμοποιεί επικαλύψεις φίλτρων που διευκολύνουν την αδρανοποίηση του ιού με μηχανισμούς όπως οι εγγενείς αντιικές ιδιότητες των υλικών ή καταστρέφοντας άμεσα τον ιό.
• Χημικά απολυμαντικά. Τα χημικά απολυμαντικά έχουν επίσης αποδειχθεί ότι απομακρύνουν αποτελεσματικά τους ιούς από τις επιφάνειες και μπορεί να παρέχουν άλλες λύσεις για την αύξηση της αδρανοποίησης του ιού.
• Αποστείρωση με Υπερθέρμανση.. Η αποστείρωση αυτή μπορεί να προσφέρει μια άλλη βιώσιμη λύση για την απενεργοποίηση ιικών σωματιδίων, αν και παραδοσιακά χρησιμοποιείται για την αποστείρωση χειρουργικού εξοπλισμού σε μικρότερη κλίμακα.

Εικόνα 3. Βελτίωση του εξαερισμού του χώρου διαβίωσης και της εργασίας και του φιλτραρίσματος αέρα για την πρόληψη της μετάδοσης του COVID-19

2. Φιλτράρισμα αέρα και SARS-CoV-2

Σε διάφορες εφαρμογές, το φιλτράρισμα του αέρα έχει γίνει μια κρίσιμη παρέμβαση για τη διαχείριση της εξάπλωσης της νόσου του κοροναϊού του 2019 (COVID-19). Ωστόσο, η σωστή τοποθέτηση του φιλτραρίσματος αέρα έχει παρεμποδιστεί από την κακή κατανόηση των αρχών του. Αυτές οι παρεξηγήσεις οδήγησαν σε αβεβαιότητα σχετικά με την αποτελεσματικότητα του φιλτραρίσματος αέρα στην αναστολή δυνητικά μολυσματικών σωματιδίων αερολύματος. Η σωστή κατανόηση του τρόπου λειτουργίας του φιλτραρίσματος αέρα είναι κρίσιμη για τη λήψη περαιτέρω αποφάσεων σχετικά με τη χρήση του στη διαχείριση της εξάπλωσης του COVID-19. Το πρόβλημα είναι σημαντικό επειδή πρόσφατα στοιχεία έδειξαν ότι το σοβαρό οξύ αναπνευστικό σύνδρομο κοροναϊός 2 (SARS-CoV-2) μπορεί να παραμείνει στον αέρα περισσότερο και να ταξιδέψει μακρύτερα από ό,τι αναμενόταν προηγουμένως στην πανδημία COVID-19, με μειωμένες συγκεντρώσεις και βιωσιμότητα. Τα ιοσωμάτια του SARS-CoV-2 έχουν διάμετρο περίπου 60-140 nm, ενώ μεγαλύτερα αναπνευστικά σταγονίδια και σωματίδια ατμοσφαιρικής ρύπανσης (>1 μm) έχουν βρεθεί ότι φιλοξενούν ιοσωμάτια. Η απομάκρυνση των σωματιδίων που μπορούν να μεταφέρουν τον SARS-CoV-2 από τον αέρα είναι δυνατή με φιλτράρισμα αέρα που βασίζεται στη φυσική ή μηχανική κίνηση του αέρα. Μεταξύ των διαφόρων τύπων φίλτρων αέρα, έχουν προταθεί φίλτρα παγίδας σωματιδίων υψηλής απόδοσης (HEPA). Άλλοι τύποι φίλτρων είναι λιγότερο ή πιο αποτελεσματικά και, κατά συνέπεια, καθιστούν ευκολότερη ή δυσκολότερη τη μετακίνηση του αέρα. Η χρήση μασκών, αναπνευστικών συσκευών, μονάδων φιλτραρίσματος αέρα και άλλου ειδικού εξοπλισμού είναι μια σημαντική παρέμβαση στη διαχείριση της εξάπλωσης του COVID-19. Είναι σημαντικό να ληφθούν υπόψη οι μηχανισμοί φιλτραρίσματος αέρα και να κατανοηθεί πώς αλληλεπιδρούν τα σωματίδια αερολύματος που περιέχουν ιοσωμάτια SARS-CoV-2 με τα υλικά φίλτρων, προκειμένου να εντοπιστούν οι βέλτιστες πρακτικές για τη χρήση φιλτραρίσματος αέρα για τη μείωση της εξάπλωσης του COVID-19.

Υπάρχουν αυξανόμενες ενδείξεις ότι το σοβαρό οξύ αναπνευστικό σύνδρομο κοροναϊός 2 (SARS-CoV-2) μπορεί να παραμείνει αιωρούμενο στον αέρα για μεγάλες χρονικές περιόδους. Ορισμένα από τα αερομεταφερόμενα ιοσωμάτια SARS-CoV-2 παραμένουν βιώσιμα για τουλάχιστον 3 ώρες μετά την απελευθέρωση τους [31]. Ο θετικός SARS-CoV-2 κατά τον έλεγχο με αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης (PCR) ανιχνεύθηκε σε σωματίδια αερολύματος με διάμετρο μεγαλύτερη από 1 μm σε δωμάτια όπου διέμεναν ασθενείς με νόσο του κοροναϊού 2019 (COVID-19) [5]. Σε άλλη μελέτη, το RNA του SARS-CoV-2 ανιχνεύθηκε στη φάση του αερολύματος σε απόσταση τουλάχιστον 3 μέτρων από μολυσμένα άτομα σε εσωτερικούς χώρους [15]. Το RNA του SARS-CoV-2 έχει επίσης βρεθεί σε σωματίδια ατμοσφαιρικής ρύπανσης που κυκλοφορούν στον αέρα [24].

Η διάμετρος των ιοσωμάτων SARS-CoV-2 είναι περίπου 60-140 nm [39]. Ωστόσο, πολλά εκπνεόμενα αναπνευστικά σταγονίδια που μπορεί να περιέχουν ιοσωμάτια είναι σημαντικά μεγαλύτερα από τα ίδια τα ιοσωμάτια. Ωστόσο, η αερομεταφερόμενη εξάτμιση σταγονιδίων μειώνει το μέγεθός τους [39], επιτρέποντας στα δυνητικά μολυσματικά σωματίδια να παραμείνουν στον αέρα για πολύ περισσότερο. Παρατηρήθηκε ότι ξηρά σταγονίδια με διάμετρο περίπου 4 μm σχημάτισαν υγρά σταγονίδια που προέρχονται από την ομιλία των 12 μm έως 21 μm λόγω ξήρανσης. Χρειάστηκαν περίπου 8 λεπτά για να πέσουν αυτά τα ξηρά σταγονίδια μόνο 30 cm σε ακίνητο αέρα [35]. Σε χαμηλή θερμοκρασία περιβάλλοντος, η εκπνεόμενη αναπνοή με υψηλή υγρασία μπορεί να γίνει υπερκορεσμένη. Στη συνέχεια, η υγρασία συμπυκνώνεται στα σωματίδια που εκπέμπονται από ένα άτομο, με αποτέλεσμα να μετατρέπονται σε σταγονίδια ή σε παγοκρυστάλλους μεγαλύτερης διαμέτρου. Σε τέτοια σταγονίδια ή κρυστάλλους πάγου, τα ιοσωμάτια του SARS-CoV-2 μπορεί να επιβιώσουν περισσότερο και αυτή είναι μια σημαντική υπόθεση που πρέπει να ελέγξει η μελλοντική έρευνα. Ως εκ τούτου, οι περιβαλλοντικές συνθήκες και η δυναμική του αερολύματος μπορούν να αλλάξουν βαθιά το ευρύ φάσμα μεγεθών εισπνεόμενων σωματιδίων και τη βιωσιμότητα των ιοσωμάτων SARS-CoV-2 σε σωματίδια αερολύματος που μεσολαβούν στη μετάδοση αερομεταφερόμενης σε εσωτερικούς και εξωτερικούς χώρους. Οι εστίες COVID-19 σε σφαγεία και χιονοδρομικά κέντρα μπορεί να οφείλονται, τουλάχιστον εν μέρει, στη δυναμική των αερολυμάτων ψυχρού αέρα.

Η απομάκρυνση σωματιδίων που μπορεί να φιλοξενούν τον SARS-CoV-2 από τον αέρα χρησιμοποιώντας εξειδικευμένο εξοπλισμό φιλτραρίσματος αέρα και μάσκες ή αναπνευστήρες είναι μια σημαντική παρέμβαση για τη διαχείριση της εξάπλωσης του COVID-19. Ωστόσο, η κακή κατανόηση του τρόπου λειτουργίας του φιλτραρίσματος αέρα και οι παρεξηγήσεις σχετικά με την έννοια της αποτελεσματικότητας του φιλτραρίσματος για σωματίδια αερολύματος διαφορετικών μεγεθών εμποδίζουν την αποτελεσματική ανάπτυξη του φιλτραρίσματος αέρα. Για τον εντοπισμό βέλτιστων πρακτικών για τη χρήση του φιλτραρίσματος αέρα στη διαχείριση της εξάπλωσης του COVID-19, είναι σημαντικό να ληφθούν υπόψη οι μηχανισμοί φιλτραρίσματος αέρα και να κατανοηθεί πώς αλληλεπιδρούν τα σωματίδια αερολύματος που περιέχουν ιούς SARS-CoV-2 με τα υλικά φίλτρου.

Για τη διήθηση αέρα, τα αποδοτικά φίλτρα αέρα (EPA), τα φίλτρα αέρα υψηλής απόδοσης (HEPA) (Εικ. 4) και τα φίλτρα αέρα εξαιρετικά χαμηλής διείσδυσης (ULPA) χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορες βιομηχανίες και εφαρμογές εδώ και πολλά χρόνια [25]. Τα φίλτρα HEPA συνιστώνται για έλεγχο λοιμώξεων σε περιβάλλοντα υγειονομικής περίθαλψης [13, 10] με βάση μια ισορροπία υψηλότερων αποδόσεων φιλτραρίσματος και χαμηλότερων πτώσεων πίεσης σε σύγκριση με το ULPA. Τα φίλτρα HEPA χρησιμοποιούνται επίσης συνήθως σε μη υγιεινά περιβάλλοντα όπου μπορεί να υπάρχουν αερομεταφερόμενοι μολυσματικοί παράγοντες. Παραδείγματα περιλαμβάνουν το φιλτράρισμα του ανακυκλοφορούμενου αέρα σε επιβατικά αεροσκάφη και τα ερμάρια βιοασφάλειας σε εργαστήρια, συμπεριλαμβανομένων εκείνων όπου διεξάγεται έρευνα SARS-CoV-2 [37].

Γενικά, η συντομογραφία HEPA ερμηνεύεται ως “σωματιδιακός αέρας υψηλής απόδοσης”. Και οι δύο εκδοχές του υποκείμενου όρου χρησιμοποιούνται ευρέως και δεν υπάρχει διαφορά μεταξύ τους. Το Υπουργείο Ενέργειας των Ηνωμένων Πολιτειών και η Υπηρεσία Προστασίας Περιβάλλοντος των Ηνωμένων Πολιτειών (EPA) ορίζουν το HEPA με βάση την ελάχιστη απόδοση 99,97% όταν δοκιμάζεται με αεροζόλ με διάμετρο 0,3 μm [36]. Η EPA των Ηνωμένων Πολιτειών ορίζει μια διάμετρο 0,3 μm ως “το πιο διεισδυτικό μέγεθος σωματιδίων” (MPPS). Ωστόσο, το MPPS μπορεί να ποικίλλει περίπου 0,3 μm με απόλυτη τιμή ανάλογα με τη φύση των σωματιδίων του αερολύματος, τον τύπο του υλικού του φίλτρου και τον ρυθμό ροής [25]. Σωματίδια μεγαλύτερα ή μικρότερα από το MPPS διατηρούνται με απόδοση μεγαλύτερη από 99,97% [32]. Η έννοια του MPPS έρχεται σε αντίθεση με την κοινή εσφαλμένη αντίληψη ότι η απόδοση του φιλτραρίσματος πέφτει για σωματίδια μικρότερα από MPPS (για παράδειγμα, μικρότερα από 0,3 μm). Αυτή η παρεξήγηση συνέβαλε σε πρώιμες πολιτικές που παραπλανήθηκαν από την υπόθεση ότι τα ιοσωμάτια του SARS-CoV-2 ήταν πολύ μικρά για να φιλτράρονται αποτελεσματικά από τον αέρα.

Εικόνα 4. Φίλτρο HEPA.

Συνιστάται η εγκατάσταση φίλτρων HEPA στις εξόδους των αναπνευστήρων που χρησιμοποιούνται στην εντατική θεραπεία ατόμων που έχουν μολυνθεί με SARS-CoV-2. Η χρήση σταθερών (αερισμού κτιρίου) και φορητών συστημάτων φιλτραρίσματος HEPA με και χωρίς ανακύκλωση αέρα (καθαριστές αέρα εσωτερικού χώρου) συνιστάται για χρήση σε χώρους υγειονομικής περίθαλψης από τα Κέντρα Ελέγχου και Πρόληψης Νοσημάτων των Ηνωμένων Πολιτειών και τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας, συμπεριλαμβανομένων των περιπτώσεων SARS- Υπάρχουν ασθενείς με CoV-2 [10]. Τα εθνικά και διεθνή πρότυπα διέπουν τις προδιαγραφές ελάχιστης απόδοσης φιλτραρίσματος των φίλτρων HEPA. Τα δύο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα πρότυπα είναι το διεθνές πρότυπο ISO 29463 και το ευρωπαϊκό πρότυπο EN1822. Οι διαφορές μεταξύ των δύο προτύπων μπορούν να συμβιβαστούν. Για παράδειγμα, ένα φίλτρο HEPA πιστοποιημένο κατά EN 1822, κατηγορίας φίλτρου H14, πρέπει να διατηρεί τουλάχιστον το 99,995% των σωματιδίων αερολύματος στο MPPS. Συγκρίσιμο με το EN 1822, πρότυπο κλάσης φίλτρου H14, ISO 45 H. Διατίθενται πρωτόκολλα δοκιμής πολλαπλών βημάτων για την επαλήθευση της συμμόρφωσης των φίλτρων με τις απαιτήσεις των προτύπων [12, 18]. Όταν συμβαίνει μηχανική κίνηση του αέρα μεταξύ των φίλτρων, μπορεί να είναι σημαντικό να διασφαλιστεί ότι δεν υπάρχουν ισχυρές κατευθυντικές ροές ή ρεύματα φιλτραρισμένου αέρα. Πρόσφατα, εκφράστηκαν ανησυχίες ότι τέτοιες κατευθυντικές ροές θα μπορούσαν να παρασύρουν αφιλτράριστο αέρα, ο οποίος μπορεί να περιέχει μολυσματικά σωματίδια, και να τα ωθήσει πιο γρήγορα και μακρύτερα από ό,τι θα μπορούσαν να διαχυθούν στον ακίνητο αέρα [11].

Οι αντιικές ιδιότητες μπορούν να προστεθούν στα υλικά φίλτρου. Ωστόσο, μόλις συλλεχθούν τα σωματίδια αερολύματος στις ίνες του φίλτρου, σχεδόν κανένα από αυτά δεν φεύγει και δεν περνά μέσα από το φίλτρο κατά τη διάρκεια ή μετά τη σωστή χρήση [25]. Έτσι, οι αντιικές ιδιότητες των ινών δεν έχουν σχεδόν καμία επίδραση στην αερομεταφερόμενη αφαίρεση ζωντανών ιοσωμάτων SARS-CoV-2. Τα σωματίδια που έχουν συσσωρευτεί σε προηγουμένως συλλεχθέντα σωματίδια δεν έρχονται σε επαφή με το υλικό του φίλτρου, εξαλείφοντας τυχόν αντιικές ιδιότητες. Επομένως, η μετάδοση αντιικών ιδιοτήτων σε υλικά φίλτρου HEPA μπορεί να μην προσθέτει αξία εκτός από την περίπτωση που οι άνθρωποι έρχονται σε άμεση επαφή με αυτά τα φίλτρα κατά τη διάρκεια ή λίγο μετά τη χρήση.

Οι μηχανισμοί διήθησης σωματιδίων αερολύματος στην αέρια φάση – αδρανειακή πρόσκρουση, διάχυση, ανάσχεση, ηλεκτροστατική εναπόθεση και κοσκίνισμα [25, 12, 18] – έχουν διερευνηθεί σε βάθος για δεκαετίες έρευνας. Αυτοί οι μηχανισμοί έχουν ποικίλες συνεισφορές στη συνολική απόδοση σύλληψης σωματιδίων των φίλτρων, ανάλογα με την αεροδυναμική διάμετρο των σωματιδίων, άλλες ιδιότητες σωματιδίων και το μέσο διήθησης. Η συνδυασμένη επίδραση όλων αυτών των μηχανισμών φιλτραρίσματος στα φίλτρα HEPA εξηγεί την υψηλή απόδοση φιλτραρίσματος και το φαινόμενο MPPS σε ολόκληρο το φάσμα μεγέθους αερολύματος [25]. Διάφοροι τύποι σωματιδίων αερολύματος φιλτράρονται με υψηλή απόδοση σύμφωνα με τα σχετικά πρότυπα, ανεξάρτητα από τη βιογενή ή μη βιογενή τους προέλευση [12, 18].

Είναι γνωστό, με βάση πολυάριθμες δημοσιευμένες μελέτες, ότι ορισμένες αναπνευστικές λοιμώξεις εμφανίζονται πιο συχνά όταν οι άνθρωποι αναπνέουν περισσότερο μολυσμένο αέρα και ότι η διαδικασία επούλωσης και τα αποτελέσματα ορισμένων αναπνευστικών λοιμώξεων επηρεάζονται αρνητικά από την ατμοσφαιρική ρύπανση. Έχει ήδη αποδειχθεί συσχέτιση μεταξύ μακροπρόθεσμου επιπέδου ατμοσφαιρικής ρύπανσης από σωματίδια και υψηλότερης θνησιμότητας από COVID-19 [39]. Η αναπνοή μολυσμένου αέρα συνδέεται επίσης έντονα με δυσμενείς επιπτώσεις στις αναπνευστικές και καρδιαγγειακές λειτουργίες [17]. Οι παρεμβάσεις που βασίζονται στο φιλτράρισμα του αέρα με χρήση επαρκούς εξοπλισμού θα πρέπει να εφαρμόζονται ευρέως τόσο για τη μείωση της εξάπλωσης του SARS-CoV-2 κατά τη φάση του αερολύματος όσο και για τη βελτίωση της κατάστασης της υγείας και των αποτελεσμάτων των ατόμων που εκτίθενται και έχουν μολυνθεί από τον COVID-19.

3. Καθαριστές αέρα και φίλτρα

Εκτιμάται ότι η χρήση φίλτρων αέρα και καθαριστών θα μειώσει το ιικό φορτίο στο περιβάλλον. Οι καθαριστές αέρα μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε δωμάτια ασθενών, γεγονός που μπορεί να μειώσει την πιθανότητα μόλυνσης από τους εργαζόμενους στον τομέα της υγειονομικής περίθαλψης λόγω ελλείψεων σε ΜΑΠ. Μπορεί να μειώσει την πιθανότητα επαναμόλυνσης σε έναν ασθενή λόγω αερομεταφερόμενης μετάδοσης ιών. Αυτός ο τύπος συστήματος φιλτραρίσματος μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί στα μέσα μαζικής μεταφοράς, στο νοσοκομειακό περιβάλλον, οπουδήποτε στη διαδικασία παραγωγής αερολύματος, σε κλειστά οχήματα και στο σπίτι. Τα σταγονίδια υγρού κατά τον βήχα ή το φτέρνισμα από ένα μολυσμένο άτομο έχουν συνήθως μέγεθος 5 micron ή περισσότερο. Το μικρότερο σωματίδιο που προκαλεί ανησυχία είναι το μονό ιοσωμάτιο (δεν συνδέεται με κανένα σταγονίδιο υγρού) με διάμετρο περίπου 0,12 μικρά. Το μικρότερο σωματίδιο για το οποίο πρέπει να ανησυχείτε είναι ένα μεμονωμένο ιοσωμάτιο (που δεν συνδέεται με κανένα σταγονίδιο υγρού) με διάμετρο περίπου 0,12 μικρά. Αυτά μπορούν εύλογα να φιλτραριστούν από ένα φίλτρο HEPA (υψηλής απόδοσης σωματιδίων αέρα) [3]. Τα φίλτρα ULPA (πολύ χαμηλής διείσδυσης αέρα) είναι πιο προηγμένα στο να παγιδεύουν σχεδόν το 99,99% των σωματιδίων 0,12 micron και άνω. Η χρήση της νανοτεχνολογίας αυξάνει περαιτέρω την ικανότητα δέσμευσης ιών και τον καθαρισμό τέτοιων συσκευών καθαρισμού αέρα και φίλτρων. Έχει παραγάγει ένα αποτελεσματικό φίλτρο με βάση τον αφρό νικελίου (Ni) για τη σύλληψη και τη θανάτωση των αερομεταφερόμενων ιών και μικροβίων, συμπεριλαμβανομένων των SARS-CoV-2 και Bacillus anthracis . Δεδομένου ότι ο ιός SARS-CoV-2 δεν μπορεί να επιβιώσει σε θερμοκρασίες πάνω από 70 °C, το φίλτρο αέρα έχει σχεδιαστεί για να λειτουργεί στους 200 °C με θέρμανση αφρού Ni. Η αποτελεσματικότητα του σχεδιασμένου φίλτρου υποστηρίζεται ότι είναι 99,8% για τον ιό SARS-CoV-2 και 99,9% για τον Bacillus anthracis [3].

Πρόσφατες μελέτες δείχνουν ότι, εκτός από τη χρήση της σε προϊόντα καθαρισμού και ΜΑΠ, η νανοτεχνολογία έχει επίσης χρησιμοποιηθεί στην ανάπτυξη καθαριστικών αέρα για την πρόληψη της μετάδοσης του ιού SARS-CoV-2 μέσω του αέρα. Σε αυτό το πλαίσιο, ο ιονιστής αέρα TeqAir 200 που αναπτύχθηκε από τη γαλλική εταιρεία TEQOYA βρίσκεται ήδη στην αγορά (Εικ. 5). Δεδομένου ότι το μέγεθος του SARS-CoV-2 είναι κοντά στο διάμεσο των μεγεθών σωματιδίων για τα οποία είναι αποτελεσματικά τα καθαριστικά αέρα TEQOYA, αναμένεται να μειώσουν τη συγκέντρωση του SARS-CoV-2 στον αέρα.

Εικόνα 5. Ιονιστής αέρα TeqAir 200.

3.1. Τεχνολογία νανοϊνών

Το Mack Antonoff HVAC έχει σχεδιάσει συστήματα καθαρισμού και φιλτραρίσματος αέρα που χρησιμοποιούν τεχνολογία νανοϊνών και ακτινοβολία UV για την καταπολέμηση του COVID-19 [16]. Οι Environmental Consultants έχουν αναπτύξει ένα σύστημα φιλτραρίσματος αέρα που βασίζεται σε ένα πυκνό δίκτυο νανοϊνών (τεχνολογία φιλτραρίσματος IQAirHyperHEPA®) που συλλαμβάνει τα ρυπογόνα σωματίδια όλων των μεγεθών. Υποστηρίζεται ότι δεσμεύει το 99,5% των ρύπων, συμπεριλαμβανομένων των βακτηρίων και των ιών με μέγεθος περίπου 0,003 microns [16].

3.2. Τεχνολογία φωτοηλεκτροχημικής οξείδωσης

Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Νότιας Φλόριντα ανέπτυξαν μια συσκευή καθαρισμού αέρα “Molekule” που ισχυρίζεται ότι καταστρέφει αποτελεσματικά τους ατμοσφαιρικούς ρύπους, συμπεριλαμβανομένων των βακτηρίων, των σπορίων μούχλας και των ιών [9]. Το φίλτρο αέρα χρησιμοποιεί φωτοηλεκτροχημική οξείδωση (PECO), στην οποία το φως UV-A χρησιμοποιείται για να ενεργοποιήσει έναν καταλύτη στο φίλτρο επικαλυμμένο με νανοσωματίδια για τη δημιουργία ελεύθερων ριζών που οξειδώνουν τους ατμοσφαιρικούς ρύπους [9]. Αυτοί οι καθαριστές αέρα με βάση το PECO έχουν τεράστιες δυνατότητες να επιβραδύνουν την εξάπλωση του ιού, κυρίως σε εγκαταστάσεις υγειονομικής περίθαλψης.

---

Test LO 2.1

---

βιβλιογραφια

1. Bazant, M. Z., & Bush, J. W. (2021). A guideline to limit indoor airborne transmission of COVID-19. Proceedings of the National Academy of Sciences, 118(17).
2. Buonanno, G., Stabile, L., & Morawska, L. (2020). Estimation of airborne viral emission: Quanta emission rate of SARS-CoV-2 for infection risk assessment. Environment international, 141, 105794.
3. Chaudhary, V., Royal, A., Chavali, M., & Yadav, S. K. (2021). Advancements in research and development to combat COVID-19 using nanotechnology. Nanotechnology for Environmental Engineering, 6(1), 1-15.
4. Centres for Disease Control and Prevention, Feb. 9, 2021. COVID-19 ventilation FAQs, pp. 1–8 [Online]. Available. https://www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov /community/ventilation.html. (Accessed 4 May 2021).
5. Chia, P. Y., Coleman, K. K., Tan, Y. K., Ong, S. W. X., Gum, M., Lau, S. K., … & Marimuthu, K. (2020). Detection of air and surface contamination by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) in hospital rooms of infected patients. MedRxiv.
6. Correia, G., Rodrigues, L., Da Silva, M. G., & Gonçalves, T. (2020). Airborne route and bad use of ventilation systems as non-negligible factors in SARS-CoV-2 transmission. Medical hypotheses, 141, 109781.
7. Dancer, S. J., Tang, J. W., Marr, L. C., Miller, S., Morawska, L., & Jimenez, J. L. (2020). Putting a balance on the aerosolization debate around SARS-CoV-2. The Journal of Hospital Infection, 105(3), 569.
8. Ding, J., Yu, C. W., & Cao, S. J. (2020). HVAC systems for environmental control to minimize the COVID-19 infection. Indoor and Built Environment, 29(9), 1195-1201.
9. Elias, B., & Bar-Yam, Y. (2020). Could air filtration reduce COVID-19 severity and spread. New England Complex Systems Institute, 9.
10. EMW filtertechnik. ISO 29463: new test standard for HEPA filters [cited 2020 Jun 3]. Available from: https://www.emw.de/en/filter-campus/iso29463.html.
11. Ham, S. (2020). Prevention of exposure to and spread of COVID-19 using air purifiers: challenges and concerns. Epidemiology and Health, 42.
12. Hick, J. L., Hanfling, D., Wynia, M. K., & Pavia, A. T. (2020). National Academy of Medicine. Duty to Plan: Health Care, Crisis Standards of Care, and Novel Coronavirus SARS-CoV.
13. Hinds, W. C. (1999). Aerosol technology: properties, behavior, and measurement of airborne particles. John Wiley & Sons.
14. Li, Y., Leung, G. M., Tang, J. W., Yang, X., Chao, C. Y. H., Lin, J. Z., … & Qian, H. (2007). AC 587 Sleigh, H.-JJ Su, J. Sundell, TW Wong, PL Yuen, Role of ventilation in airborne transmission of 588 infectious agents in the built environment-a multidisciplinary systematic review. Indoor Air, 17(589), 2-18.
15. Liu, Y., Ning, Z., Chen, Y., Guo, M., Liu, Y., Gali, N. K., … & Lan, K. (2020). Aerodynamic analysis of SARS-CoV-2 in two Wuhan hospitals. Nature, 582(7813), 557-560.
16. Look, M., Bandyopadhyay, A., Blum, J. S., & Fahmy, T. M. (2010). Application of nanotechnologies for improved immune response against infectious diseases in the developing world. Advanced drug delivery reviews, 62(4-5), 378-393.
17. Nadadur, S. S., & Hollingsworth, J. W. (Eds.). (2015). Air pollution and health effects. Springer.
18. Nazarenko, Y. (2020). Air filtration and SARS-CoV-2. Epidemiology and health, 42.
19. Nicas, M., & Miller, S. L. (1999). A multi-zone model evaluation of the efficacy of upper-room air ultraviolet germicidal irradiation. Applied Occupational and Environmental Hygiene, 14(5), 317-328.
20. Peters, A., Parneix, P., Otter, J., & Pittet, D. (2020). Putting some context to the aerosolization debate around SARS-CoV-2. The Journal of Hospital Infection, 105(2), 381.
21. Riley, R. L. (1982). Indoor airborne infection. Environment international, 8(1-6), 317-320.
22. Riley, E. C., Murphy, G., & Riley, R. L. (1978). Airborne spread of measles in a suburban elementary school. American journal of epidemiology, 107(5), 421-432.
23. Santos, A. F., Gaspar, P. D., Hamandosh, A., Aguiar, E. B. D., Guerra Filho, A. C., & Souza, H. J. L. D. (2020). Best practices on HVAC design to minimize the risk of COVID-19 infection within indoor environments. Brazilian Archives of Biology and Technology, 63.
24. Setti, L., Passarini, F., De Gennaro, G., Barbieri, P., Perrone, M. G., Borelli, M., … & Miani, A. (2020). SARS-Cov-2RNA found on particulate matter of Bergamo in Northern Italy: first evidence. Environmental research, 188, 109754.
25. Stadnytskyi, V., Bax, C. E., Bax, A., & Anfinrud, P. (2020). The airborne lifetime of small speech droplets and their potential importance in SARS-CoV-2 transmission. Proceedings of the National Academy of Sciences, 117(22), 11875-11877.
26. Stilianakis, N. I., & Drossinos, Y. (2010). Dynamics of infectious disease transmission by inhalable respiratory droplets. Journal of the Royal Society Interface, 7(50), 1355-1366.
27. URL-1: https://aeramaxpro.com/covid19-1/
28. URL-2: https://www.usatoday.com/in-depth/graphics/2020/10/18/improving-indoor-air-quality-prevent-covid-19/3566978001/
29. URL-3:https://www.sentryair.com/blog/indoor-air-quality/improving-ventilation-and-air-filtration-to-help-prevent-covid-transmission-in-the-workplace/
30. URL-4: https://www.microcovid.org/blog/hepafilters
31. URL-5: https://product.statnano.com/product/11653/teqoya-teqair-200-air-ionizer
32. S. Department of Energy. DOE-STD-3020-2005, specification for HEPA filters used by DOE contractors; 2015 [cited 2020 Jul 15]. Available from: https://www.standards.doe.gov/standards-documents/3000/3020-astd-2005
33. Van Doremalen, N., Bushmaker, T., Morris, D. H., Holbrook, M. G., Gamble, A., Williamson, B. N., … & Munster, V. J. (2020). Aerosol and surface stability of SARS-CoV-2 as compared with SARS-CoV-1. New England journal of medicine, 382(16), 1564-1567.
34. Vejerano, E. P., & Marr, L. C. (2018). Physico-chemical characteristics of evaporating respiratory fluid droplets. Journal of The Royal Society Interface, 15(139), 20170939.
35. Wells, W. F. (1934). ON AIR-borne infection: study II. Droplets and droplet nuclei. American journal of Epidemiology, 20(3), 611-618.
36. World Health Organization. Laboratory biosafety guidance related to coronavirus disease 2019 (COVID-19): interim guidance, 12 February 2020 [cited 2020 Jun 3]. Available from: https://apps.who.int/iris/handle/10665/331138.
37. World Health Organization. (2020). Severe acute respiratory infections treatment centre: practical manual to set up and manage a SARI treatment centre and a SARI screening facility in health care facilities(No. WHO/2019-nCoV/SARI_treatment_center/2020.1). World Health Organization.
38. Wu, X., Nethery, R. C., Sabath, B. M., Braun, D., & Dominici, F. (2020). Exposure to air pollution and COVID-19 mortality in the United States: A nationwide cross-sectional study. medRxiv 2020.04. 05.20054502.
39. Zhu, N., Zhang, D., Wang, W., Li, X., Yang, B., Song, J., … & Tan, W. (2020). A novel coronavirus from patients with pneumonia in China, 2019. New England journal of medicine.