Przełom inżynierski, który może zmniejszyć ryzyko zakażenie COVID-19 w klinikach stomatologicznych

Przełom inżynierski, który może zmniejszyć ryzyko zakażenie COVID-19 w klinikach stomatologicznych

College of Dentistry i College of Engineering z University of Illinois w Chicago połączyły siły w walce o bezpieczeństwo stomatologów i ich pacjentów.

Po wielu lockdownach na całym świecie zaczęto zastanawiać się, jak wrócić do funkcjonowania w nowej rzeczywistości. W celu zabezpieczenia się przed zarażeniem obowiązkowe stały się środki ochrony osobistej, takie jak maski, przyłbice, fartuchy, rękawiczki. Gabinety powinny być dezynfekowane po każdym pacjencie, a w przerwach ważne jest przefiltrowanie powietrza. Jednakże środki te nie gwarantują pełnej ochrony przed wdychaniem aerozoli pochodzących z niezbędnych narzędzi używanych w gabinetach dentystycznych. Szczególnym wyzwaniem jest zapewnienie bezpieczeństwa stomatologom, pracownikom i pacjentom w dużych klinikach, dlatego władze College of Dentistry z University of Illinois w Chicago (UIC) zwróciły się o pomoc do naukowców z College of Engineering.

Zespół inżynierów UIC, składający się z wykładowców i studentów inżynierii mechanicznej i przemysłowej (MIE) oraz inżynierii elektrycznej i komputerowej (ECE), zbadali w jaki sposób cząsteczki są rozpraszane z narzędzi dentystycznych, takich jak Cavitron.

„Te urządzenia są wszechobecne w praktyce dentystycznej i generują duże ilości maleńkich kropelek wody, które mogą stanowić zagrożenie dla lekarzy dentystów i pacjentów, jeśli przenoszą one wirusa ze śliny zakażonego pacjenta", powiedział Constantine Megaridis, profesor UIC. „Istnieje możliwość rozprzestrzeniania się COVID-19 w gabinetach i klinikach dentystycznych, gdy mgiełka wodna generowana przez to urządzenie uderza w ząb lub inną tkankę w jamie ustnej, zbiera trochę śliny i jest uwalniana z jamy ustnej wraz z oddechem. W laboratorium stosuję  narzędzia obrazowe i optyczne do obserwacji uwalniania się kropelek z końcówki Cavitrona pod względem ich wielkości i koncentracji w przestrzeni”.

Profesor Parisa Mirbod i jej zespół wykorzystywały anemometrię obrazową (Particle Image Velocimetry – PIV) i śledzenia ruchu poszczególnych cząstek materiału (Particle Tracking Velocimetry – PTV), aby obserwować, mierzyć i badać indywidualne prędkości i odległości kropel.

„Zabiegi dentystyczne wytwarzają unoszące się w powietrzu cząsteczki odpowiedzialne za przenoszenie wirusów, w tym SARS-CoV-2, do powietrza. Badaliśmy kropelki wytwarzane przez Cavitron przy użyciu najnowocześniejszych technologii badawczych, aby zrozumieć, jak daleko i z jakimi prędkościami się poruszają. Dane te mogą być wykorzystane w analizie CFD do dalszej analizy poziomu wirusa w klinice," powiedziała Mirbod.

Profesor Igor Paprotny i jego doktorant Anuj Singhal badali najdrobniejsze cząsteczki, na ogół poniżej jednego mikrometra. Zauważyli, że aerozole mniejsze niż 10 mikronów, oraz te, które mają 2,5 mikrona lub mniej, pozostaną zawieszone w powietrzu przez długi czas i będą podążać za strumieniami powietrza. Wraz z rosnącą liczbą dowodów na to, że COVID-19 jest chorobą przenoszoną drogą powietrzną, te malutkie aerozole mają potencjał do przenoszenia wirusa na innych pacjentów i osoby pracujące w środowisku dentystycznym.

Zespół, pod kierownictwem Farzada Mashayeka, dzięki informacjom na temat prędkości, temperatury i wilgotności powietrza, przy zastosowaniu symulacji komputerowych przewidział stopień zakażenia wirusowego w klinice. Ważna była tutaj wielkość pomieszczenia, a nawet rozmieszczenie mebli. Dzięki tym symulacjom naukowcy stworzyli mapy cieple obrazujące, które miejsca w gabinecie są najbardziej narażone na wirusy.

Kolejnym etapem badań było wynalezienie sposobu na zmniejszenie lub wyeliminowanie rozprzestrzeniania się aerozoli. Profesor Alexander Yarin zauważył, że można całkowicie zahamować powstawanie aerozoli przy użyciu rozcieńczonego wodnego roztworu polimeru. Badacze zidentyfikowali kilka zatwierdzonych przez Agencję Żywności i Leków (FDA) roztworów polimerowych, które mogą zastąpić wodę w Cavitronie i wiertle dentystycznym. Odkryli oni, że podczas uwalniania płynu z ultradźwiękowego skalera Cavitrona krople nie powstają, gdyż są całkowicie tłumione przez siły sprężyste. To samo dzieje się w przypadku wiertła obrotowego, gdzie zamiast kropelek powstają długie włókna, które nie są już niebezpieczne, ponieważ nie odrywają się od głowicy wiertła. Yarin i jego doktoranci testowali roztwory na niskich i na najwyższych obrotach wiertła dentystycznego oraz wszystkich mocach Cavitrona, które zapewniały takie samo powstrzymywanie tworzenia się kropli. Co więcej, rozwiązanie to nie jest kosztowne i nie wymaga żadnych zmian w urządzeniach.
.