鉴于Covid-19的影响,以及疾病如何通过与受感染的呼吸液滴接触地传播,IIT Bombay的工程师希望回答一个基本问题:

是否有可能设计冠状病毒的存活的表面是有限的?

孟买团队发现,两个物业决定了表面的抗病毒能力:润湿性,或者给定的表面是否将被水和物理纹理润湿。

通过调整润湿性和纹理,IIT孟买研究人员研究了如何最好地创造抗病毒表面并限制冠状病毒的扩散。

考虑了表面物理纹理的两个基本几何形状,即矩形平行凹槽(如图1A所示)和矩形柱(如图1B所示)

“为了达到最强的抗病毒效果,需要具有更高且紧密堆积的柱的表面,具有60°的固有接触角或润湿性,”IIT孟买机械工程系的桑汉特罗Chatterjee博士告诉yabovip16.com技术简介。

具有较高且紧密的柱子的表面 - 高于ℎ和低,在上面的图像中 - 接触角约为60度,显示出最强的抗病毒效果或最短的干燥时间。

Chatterjee博士,领先作者和机械工程部门的博士后研究员,与IIT孟买机械工程教授Janani Srree Murallidharan,Amit Agrawal和Rajneesh Bhardwaj一起工作。

他们的研究,“设计抗病毒表面,抑制Covid-19的蔓延,“在本月出现在期刊上液体物理学。

这些表面上的冠状病毒的存活时间远短于通常可用的表面。Chatterjee博士说,对一般规则,治理机制和优化条件仍然缺乏缺乏所需的病毒作用。

在一个简短的问答yabovip16.com下面,Chatterjee博士与IIT孟买研究团队协调,解释了如何将该研究的结论纳入新设计。

yabovip16.com:如果表面的润湿性及其物理纹理确定其抗病毒性质,那么设计意味着什么?你觉得应该重新设计哪些表面?

Sanghamitro博士Chatterjee.:表面可以用矩形平行槽或矩形支柱装饰。这些是最简单的几何形状,易于制造,因此在我们的设计中被考虑。

疏水性,或非润湿,表面是冠状病毒存活最易感的表面。我们的研究表明,对于设计抗病毒表面,首先应该参与化学处理来将疏水性表面转移到亲水性中。此后,需要进行物理纹理以实现最佳的抗病毒效果。具有较高且紧密堆积的柱的表面,并且具有约60°的固有接触角具有最强的抗病毒效果。

When a droplet is deposited on a surface, the angle between the droplet surface and the substrate surface, measured within the liquid, is called the contact angle. The surface is said to be wettable or hydrophilic if <90°. Conversely, if >90°, the surface is said to be non-wetting or hydrophobic. (Image Credit: S. Chatterjee, J. S. Murallidharan, A. Agrawal, and R. Bhardwaj)

yabovip16.com:根据这些结论,您有哪些设计建议?

Chatterjee博士:我们的工作提出了该过程的设计方法,并有助于传播对工程所需的参数的知识,以获得最短的病毒存活时间。例如,使用化学处理,可以使疏水表面亲水,并制造纳米或微观特征,有助于将病毒存活时间降低50%。特别是,更高,紧密的结构和柱子最有利于消除病毒。虽然可能无法将表面周围的表面改变为冠状病毒的存活时间短(如多孔和金属材料),但我们的工作呈现了缩短冠状病毒的寿命的方法采用表面工程。

我们的建议可以在可能频繁接触感染的气溶胶的表面上采用,例如牙科仪器,面部屏蔽,常用表面(例如,门把手)等,以便于冠状病毒的彻底爆发。

yabovip16.com:是否可以修改现有曲面,或者是创建全新曲面的想法?这些表面是否易于创造和维护?

Chatterjee博士:可以修改现有曲面。在表面上形成亲水化合物/涂层(例如,二氧化硅,氢氧化铝)的化学处理可以容易地赋予现有疏水表面的亲水性。此外,通过众所周知的光刻技术,例如电子束光刻,聚焦离子束(FIB)和照片光刻,可以进行物理纹理。可以使用这些技术轻松制造[在上图中的设计]。

电子束光刻,聚焦离子束(FIB)和照片光刻形成的物理纹理是永久性的。然而,通过化学方法获得的最佳润湿性可以在暴露于侵蚀时丢失或降解,这可能是由粗水流或可能导致表面吸附碳的污垢而导致的侵蚀。因此,应注意避免这种情况。

yabovip16.com:什么结论会让你感到惊讶吗?

Chatterjee博士:我们感到惊讶的是,表面的润湿性和物理纹理在一起决定了抗病毒性质。通过不断定制这些参数中的任何一种,人们不会达到最佳结果。最有利的抗病毒效果在于润湿性和质地的优化范围内。

其次,关于物理纹理,它是表面积因子,即实际和突出的表面区域之间的比率,并且需要定制,而不管纹理的特定几何形状如何。一个不需要深入了解纹理的特定几何形状的细节。Just obtaining optimized and wettability would render the best antiviral effect. Another surprising fact was that while a couple of previous studies reported antibacterial effects by designing superhydrophobic surfaces, our research indicate that antiviral surface design can be achieved by surface hydrophilicity.

yabovip16.com: 下一步是什么?这种表面处理可以用于冠状病毒以外的疾病吗?

Chatterjee博士:将来,这里呈现的模型随时延伸到其他呼吸系统疾病,例如流感的A或其他疾病,这些疾病蔓延到富麦铁传播。因此,表面工程过程可能普遍化以减轻这种疾病的扩散。由于我们已经通过独立于纹理的特定几何形状的通用模型分析了抗病毒效果,因此可以根据制造技术的便于和可用性(例如聚焦离子束,化学蚀刻等)来制造任何几何结构。实现相同的结果。

此外,我们的模型公开了一系列润湿性和纹理可能会使优化的抗病毒效应。基于制造技术的可用性,可以在报告范围内获得任何值,从而优化操作时间和成本。这样,抗病毒表面的设计和制造和对不同疾病的应用可能是未来的工作过程。

你怎么看?分享您的问题和评论。