ユニポーライオン放出により、微粒子や超微粒子に対する呼吸器の保護性能を向上させます

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J Aerosol Sci.2004 Nov;35(11):1359-1368. S0021-8502(04)00089-8. doi: 10.1016/j.jaerosci.2004.05.006.Epub 2004-07-07.

ユニポーライオン放出により、微粒子や超微粒子に対する呼吸器の保護性能を向上させます

Unipolar ion emission enhances respiratory protection against fine and ultrafine particles.

Byung Uk Lee
Mikhail Yermakov
Sergey A Grinshpun

PMID: 32287371 PMCID: PMC7134610. DOI: 10.1016/j.jaerosci.2004.05.006.

抄録

私たちは、空気中に浮遊するウイルスや細菌を含む微粒子や超微粒子のエアロゾルに対する従来のフィルタリング・フェースピース型呼吸器の性能を大幅に向上させることができる新しいコンセプトを開発しました。このコンセプトは、単極性イオンを連続的に放出することに基づいています。その効果は、微細・超微細エアロゾル粒子の濃度と粒度分布をリアルタイムでモニタリングすることで評価されました。測定は、呼吸用マニキンに顔を密閉した呼吸マスクの内側と外側で行った。一般的に使用されているN95型呼吸器とサージカルマスクを試験に使用した。マニキンを24.3mの屋内試験室に設置し、空気力学的サイズに関してウイルスおよび細菌粒子を模擬した多分散サロゲートエアロゾルに曝露した。チャンバー内での連続的な単極性イオン放出の結果として、マスクを介した粒子の浸透は、1から2桁の大きさで減少することがわかった。空気イオンのフラックスは呼吸ゾーンに移動し、エアロゾル粒子と呼吸器フィルター表面に同じ極性の電荷を与えました。これにより、フィルターの外面に沿って静電シールドが形成され、呼吸器の保護特性が向上しました。上記のような性能向上効果は、従来のフィルタ対向型呼吸器では空気中のウイルスや細菌に対する十分な保護効果が得られない場合に、感染リスクを最小限に抑えるために極めて重要である。

We developed a novel concept that allows to considerably improve the performance of conventionally used filtering-facepiece respirators against fine and ultrafine aerosols including airborne viral and bacterial agents. The concept is based on the continuous emission of unipolar ions. The effect was evaluated through the real-time monitoring of the concentration and size distribution of fine and ultrafine aerosol particles. The measurements were conducted inside and outside of a respiratory mask that was face sealed on a breathing manikin. A commonly used Type N95 respirator and surgical mask were utilized for the tests. The manikin was placed in a 24.3-m indoor test chamber and exposed to polydisperse surrogate aerosols simulating viral and bacterial particles with respect to the aerodynamic size. The particle penetration through the mask was found to decrease by one-to-two orders of magnitude as a result of continuous unipolar ion emission in the chamber. The flux of air ions migrated to the breathing zone and imparted electrical charges of the same polarity to the aerosol particles and the respirator filter surface. This created an electrostatic shield along the external surface of the filter, thus enhancing the protection characteristics provided by the respirator. The above performance enhancement effect is crucial for minimizing the infectious risk in the cases when the conventional filtering-facepiece respirators are not able to provide an adequate protection against airborne viruses and bacteria.