作者:黄嘉兴等 来源:《化学》 发布时间:2021/6/17 11:01:12
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像“粘蚊纸”一般,能捕获气溶胶液滴的涂层

 

传染性呼吸道疾病主要是通过飞沫(含微小的气溶胶液滴)传播,这些负载病原体的小液滴不易为肉眼所见,在特定情况下,尤其是在封闭的环境中能在空气中悬浮相当长的时间,很容易造成空气中气溶胶液滴的累积而增加传染风险。

近日,美国西北大学黄嘉兴教授课题组,创新性地利用聚电解质涂层来捕捉气溶胶液滴,抑制小液滴的反弹和滑行,增强了物体表面对液滴的捕获效果。研究成果以“Droplet-capturing Coatings on Environmental Surfaces Based on Cosmetic Ingredients”为题,于2021年6月16号发表于Chem上。

呼气过程(包括讲话、唱歌、咳嗽和打喷嚏等)中产生的微小液滴在撞击物体表面时很容易发生反弹或滑行,最终会重新回到空气中。研究人员发现,当物体表面应用一种亲水、吸湿性的聚合物涂层后,液滴的反弹和滑行会得到极大地抑制,被捕捉的液滴会迅速被涂层吸收。液滴会在涂层上留下很小的“弹坑”,待液滴完全干燥后,飞沫核(包括病原体和其他固体成分)则会被束缚于弹坑中,避免了飞沫核再次进入空气中进行传播。该涂层主要成分是基于聚(丙烯酰胺-共二烯丙基二甲基氯化铵)(poly(acrylamide-co-diallyldimethylammonium chloride),简写PAAm-DDA),这是一种个人护理用品(例如护发素)中常用的无色透明的嵌段共聚物,具有很好的成膜性。

图1. 聚合物涂层能够捕捉气溶胶液滴,抑制其反弹和滑行,从而防止它们进入传染路径。

研究人员发现,即使是亲水的表面(如玻璃),其捕获液滴的能力也有限,而使用该涂层后,捕获液滴的能力得到极大提升,并且捕捉能力与聚合物涂层的厚度相关,在厚度≥50微米时,其捕捉液滴的能力达到平衡。这种涂层还具有防起雾、抗浑浊的作用,即使大量被捕获的液滴干燥以后,涂层的透明度几乎不会受到影响。

这种聚合物涂层非常适合用于当前疫情下非常普遍的面罩或透明隔离屏。为了评估涂层对隔离屏捕获液滴能力的提升效果,研究人员用加湿器缓慢释放的小液滴和喷枪产生的高速大液滴分别模拟了如呼吸、讲话过程释放的小液滴和咳嗽、打喷嚏过程中产生的大液滴。结果显示,大量的液滴会从没有涂层的隔离屏表面逃逸(反弹或溅射),而使用涂覆的隔离屏后,几乎观测不到逃逸的小液滴,并且能极大地抑制高速大液滴的反弹和溅射。

该涂层基于一种被广泛使用的化妆品聚合物和天然表面活性剂成分,并采用水醇做溶剂,因此该涂层环保、无腐蚀性、安全性好,能够非常容易地用于任意材质和任意形状的固体表面,比如塑料面罩/隔离屏、窗户玻璃、木质家具、金属、混凝土墙壁和织物等。该涂层能够赋予室内大部分不触碰的表面以捕捉气溶胶液滴的功能。此外,该聚合物涂层能够兼容不同的添加剂,如染色剂、杀菌剂(如铜离子等)等,可以实现涂层的多功能化,比如装饰、警示和杀菌消毒等。

图2. 液滴捕捉涂层可以用于多种环境表面,并且能够实现多功能性。

最后,研究人员认为,该方法从物质科学角度出发,为应对传染性呼吸道疾病的公共卫生手段提供了一种新工具,希望能启发科研人员进行更多的物质科学、公共卫生以及生物医学相结合方面的创新。(来源:科学网)

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.chempr.2021.05.017

 
 
 
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