Estallan de burbujas de inodoro, nadar a través del agua potable, propagarse a través de la tos. Diminutos microbios infecciosos, desde el virus que causa el COVID-19 hasta las bacterias transmitidas por el agua, matan a millones de personas en todo el mundo cada año. Ahora los ingenieros están estudiando cómo las superficies de óxido de zinc y el batido hidrodinámico natural tienen el poder de matar primero los patógenos.

"La contaminación bacteriana de las superficies comunes y del agua potable han sido tradicionalmente las principales vías de infección para la transmisión de enfermedades graves, a menudo conduce a la mortalidad, "dijo Abinash Tripathy, investigador en ingeniería mecánica y de procesos en ETH Zurich. "Nuestro objetivo era diseñar una superficie que pudiera abordar ambos problemas".

Su grupo sumergió zinc limpio en agua caliente durante 24 horas, que formaba una superficie de óxido de zinc cubierta de afiladas nanoagujas. Luego introdujeron la bacteria E. coli.

La superficie mata casi todas las bacterias cultivadas encima de ella de manera muy eficiente. ¿Y la mayor sorpresa? Al sentarse en agua contaminada, la superficie mata todas las E. coli transmitidas por el agua en tres horas, incluso las bacterias que no tocó.

Esta desinfección de agua a distancia funciona porque el proceso genera una especie de oxígeno reactivo, que daña las paredes celulares de las bacterias. El grupo de ETH Zurich, IIT Ropar India, y Empa, Suiza, presentaron sus hallazgos iniciales en la 73ª Reunión Anual de la División de Dinámica de Fluidos de la Sociedad Estadounidense de Física.

En los países africanos y del sudeste asiático donde el agua potable es escasa, Los métodos actuales de desinfección solar del agua tardan hasta 48 horas y requieren una intensidad mínima de luz solar. La nueva superficie de óxido de zinc acelera el proceso de desinfección y no necesita luz.

"Esta superficie se puede utilizar para desinfectar el agua en áreas remotas a un costo muy bajo, ", dijo Tripathy." La técnica de fabricación es respetuosa con el medio ambiente, sencillo, y económico ".

Los patógenos de superficie y de agua no son los únicos asesinos. A medida que la pandemia de COVID-19 se ha reforzado, Los virus y bacterias transportados por el aire plantean un serio desafío mundial para la desinfección.

Las mismas gotitas que transportan patógenos por el aire pueden desempeñar un papel en su destrucción. En los microsegundos que toman las gotas para formarse, sus fluidos se reorganizan rápidamente, lo que provoca estrés en los microbios internos.

"Piense en un balde con un pescado dentro. Uno imagina que si comienza a batir el líquido en el balde demasiado rápido, los peces no estarán muy contentos, "dijo Oliver McRae, un ingeniero mecánico. "Es un tipo de cosa similar, aunque en gran medida, escala mucho más pequeña, cuando tienes, decir, un patógeno en una gota. Con el tiempo, el fluido se agitará demasiado para que esa bacteria o virus sobreviva ".

McRae y un equipo de la Universidad de Boston y los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades estaban estudiando cómo funciona la agitación hidrodinámica cuando las burbujas ambientales producen gotas. Después del inicio de la pandemia, comenzaron a modelar gotitas similares a las producidas por los pulmones y el tracto respiratorio.

Usando dinámica de fluidos computacional, el equipo predijo cómo funciona la agitación durante la formación de aerosoles. Descubrieron que los factores estresantes son muy sensibles al tamaño de las gotas. Si la gota se encoge o crece en un orden de magnitud, los factores estresantes cambian en dos órdenes y medio de magnitud.

La investigación podría ayudar a explicar por qué los patógenos sobreviven en algunas gotitas y no en otras.

"Nuestro enfoque ha sido cuantificar cuáles son los factores estresantes en estas gotitas, ", dijo McRae." Con suerte, esto se utilizará en el futuro como parte de un modelo más grande para predecir la transmisión de enfermedades basadas en aerosoles ".