Gli acidi aiutano a combattere i virus nell'aria

Piccole particelle di aerosol diventano rapidamente più acide

Secondo i ricercatori, le particelle di aerosol espirato si acidificano più velocemente di quanto ci si potrebbe aspettare. La velocità con cui le particelle si acidificano dipende dalla concentrazione di molecole acide nell'aria ambiente e dalle dimensioni delle particelle di aerosol. Nell'aria interna tipica, le particelle di muco nasale e di fluido polmonare sintetizzate appositamente per lo studio, che sono più piccole di un micrometro, raggiungono un valore di pH pari a 4 dopo circa 100 secondi, il che equivale all'incirca all'acidità del succo d'arancia.

L'acidità è misurata dal valore del pH, per cui una soluzione neutra ha pH 7. Il pH delle soluzioni acide è inferiore a 7, quello delle soluzioni alcaline è superiore a 7.

I ricercatori ritengono che l'acido nitrico sia il principale responsabile dell'acidificazione degli aerosol. L'acido nitrico è il principale responsabile dell'acidificazione degli aerosol, che entra negli ambienti interni con l'aria esterna, ad esempio durante la ventilazione o l'aspirazione dell'aria esterna tramite i sistemi di ventilazione. L'acido nitrico è prodotto dalla degradazione degli ossidi di azoto (NO_x), che vengono rilasciati nell'ambiente soprattutto dopo i processi di combustione con i gas di scarico dei motori diesel e degli impianti di riscaldamento domestico. Ciò significa che nelle città e nei centri urbani vi è un costante apporto di ossido di azoto e quindi di acido nitrico.

L'acido nitrico aderisce rapidamente alle superfici, ai mobili, ai vestiti e alla pelle, ma viene anche assorbito dalle minuscole particelle di aerosol che vengono espirate. Le molecole di acido le rendono acide e quindi abbassano il loro valore di pH.

Il pH dell'aerosol è importante per l'inattivazione dei virus

Il team di ricerca ha inoltre dimostrato che l'ambiente acido ha un'influenza decisiva sulla velocità di inattivazione dei virus intrappolati nelle particelle di muco. I due tipi di virus si sono dimostrati diversamente sensibili all'acido: il SARS-CoV-2 è così resistente all'acido che persino gli esperti hanno inizialmente creduto che si trattasse di una misurazione errata. I coronavirus sono stati inattivati solo a un pH inferiore a 2, cioè in condizioni molto acide, come nel succo di limone non diluito. Tali condizioni non si verificano nell'aria tipica degli ambienti interni. I virus dell'influenza A, invece, sono inattivati dopo solo un minuto in condizioni acide di pH 4, poiché si trovano nelle particelle di muco a causa dell'assorbimento di acido quasi due minuti dopo l'espirazione.

Se si conta il tempo necessario per acidificare l'aerosol e il tempo necessario per inattivare i virus dell'influenza a un pH di 4 o inferiore, diventa subito chiaro: sono necessari circa tre minuti per inattivare il 99% dei virus dell'influenza A nell'aerosol. Questo breve periodo di tempo ha sorpreso i ricercatori. La situazione è diversa con la SARS-CoV-2: Poiché il pH dell'aerosol non scende quasi mai al di sotto di 3,5 negli ambienti di vita tipici, ci vogliono giorni perché il 99% dei coronavirus venga inattivato.

Lo studio dimostra che l'inattivazione dei virus dell'influenza A negli aerosol funziona in modo efficiente nelle stanze ben ventilate e che anche la minaccia rappresentata dal SARS-CoV-2 può essere ridotta (vedi figura). Nelle stanze poco ventilate, invece, il rischio di virus attivi negli aerosol è 100 volte superiore rispetto alle stanze con un forte apporto di aria fresca.

I ricercatori raccomandano quindi di ventilare frequentemente e bene gli spazi interni, in modo che l'aria interna contenente il virus e le sostanze alcaline come l'ammoniaca provenienti dalle emissioni delle persone e dalle attività interne possano fluire all'esterno, mentre i componenti acidi dell'aria esterna possano entrare negli ambienti in quantità sufficiente.

Il filtraggio rimuove gli acidi dall'aria

Anche i normali sistemi di condizionamento dell'aria con filtri dell'aria possono portare a una riduzione degli acidi volatili. La degradazione degli acidi in musei, biblioteche o ospedali con filtri a carbone attivo è probabilmente ancora più pronunciata. In questi edifici pubblici, il rischio relativo di trasmissione dell'influenza può aumentare in modo significativo rispetto agli edifici alimentati con aria esterna non filtrata, scrive il team nel suo articolo.

Il team di ricerca potrebbe quindi immaginare di aggiungere all'aria filtrata piccole quantità di acidi volatili, come l'acido nitrico, e di rimuovere sostanze basiche come l'ammoniaca. Questo potrebbe accelerare l'acidificazione degli aerosol. Secondo lo studio, una concentrazione di 50 ppb di acido nitrico (50 miliardesimi dell'aria, che corrisponde a 1/40 del valore limite legale di 8 ore sul posto di lavoro) potrebbe ridurre di mille volte il rischio di infezione da corona (vedi figura sopra).

Un lungo cammino verso un clima interno più sano

Tuttavia, i ricercatori sono anche consapevoli che tale misura sarà molto controversa, poiché non è chiaro quali conseguenze possano avere tali quantità di acido. Musei e biblioteche filtrano molto l'aria per evitare che opere d'arte e libri vengano danneggiati. Anche gli ingegneri strutturali probabilmente non sarebbero contenti. L'aggiunta di acidi potrebbe danneggiare i materiali o le tubature. I ricercatori coinvolti nello studio concordano quindi sulla necessità di studi a lungo termine per valutare i rischi per le persone e gli edifici. Pertanto, la scoperta che gli acidi volatili eliminano efficacemente i virus nelle particelle di aerosol non sarà facilmente accertata, mentre la rimozione dell'ammoniaca - che aumenta il valore del pH e stabilizza i virus - è improbabile che sia controversa.

Una collaborazione di successo

Questo studio è il risultato di una collaborazione interdisciplinare tra ricercatori dell'ETH di Zurigo, dell'EPFL e dell'Università di Zurigo. ? iniziato nel 2019 come progetto sull'influenza pura, preceduto da anni di preparazione. A causa della pandemia Covid-19, i ricercatori hanno ampliato il loro progetto per includere il nuovo coronavirus.

I ricercatori della cattedra di virologia medica dell'Università di Zurigo, guidata da Silke Stertz, e della cattedra di chimica ambientale dell'EPFL, guidata da Tamar Kohn, che è anche il responsabile generale del progetto Sinergia, hanno studiato come i due virus reagiscono agli ambienti acidi. Hanno testato la sensibilità dell'influenza A e dei coronavirus a diverse condizioni acide nel fluido polmonare prodotto artificialmente e nel muco nasale o polmonare, che gli scienziati avevano precedentemente raccolto da colture di cellule di muco appositamente coltivate.

I collaboratori della cattedra di Chimica dell'atmosfera, guidati da Thomas Peter e Ulrich Krieger, hanno studiato il comportamento delle particelle di aerosol contenenti muco utilizzando una trappola elettrodinamica per particelle. Con questo apparecchio, i ricercatori possono "trattenere" singole particelle sospese per giorni o settimane e studiarle senza contatto, per esempio come cambiano al variare dell'umidità.

Le simulazioni del modello sono state effettuate anche nel gruppo Peter. La modellazione potrebbe essere un punto debole dello studio complessivo, poiché ulteriori indagini sperimentali devono prima dimostrare come i virus si comportano realmente nelle particelle di aerosol acido. A tal fine, i ricercatori guidati da Athanasios Nenes dell'EPFL stanno attualmente sviluppando tecniche sperimentali che consentiranno di condurre futuri esperimenti sia in condizioni di stretta biosicurezza che in diverse composizioni dell'aria ambiente.