Ansigtsmaske konstruktion, materialer til at modvirke hoste, nysende dråber

I øjeblikket, der er ingen specifikke retningslinjer for de mest effektive materialer og design til ansigtsmasker for at minimere spredningen af ​​dråber fra hoste eller nys for at mindske overførslen af ​​COVID-19. Mens der har været tidligere undersøgelser af, hvordan masker af medicinsk kvalitet fungerer, data om stofbaserede belægninger, der anvendes af langt størstedelen af ​​den brede offentlighed, er sparsomme.

Forskning fra Florida Atlantic University's College of Engineering and Computer Science, netop offentliggjort i tidsskriftet Fysik af væsker , demonstrerer gennem visualisering af emuleret hoste og nys, en metode til at vurdere effektiviteten af ​​ansigtsmasker til at blokere dråber. Rationalet bag anbefalingen om brug af masker eller anden ansigtsbeklædning er at reducere risikoen for krydsinfektion via overførsel af luftvejsdråber fra smittede til raske personer.

Forskere brugte flowvisualisering i laboratoriemiljøer ved hjælp af et laserlysark og en blanding af destilleret vand og glycerin til at generere den syntetiske tåge, der udgjorde indholdet af en hostestråle. De visualiserede dråber drevet ud af en mannequins mund, mens de simulerede hoste og nysen. De testede masker, der er let tilgængelige for offentligheden, som ikke trækker sig væk fra udbuddet af medicinske masker og åndedrætsværn til sundhedspersonale. De testede en enkelt-lags bandana-stil belægning, en hjemmelavet maske, der blev syet med to-lags quiltestof i bomuld bestående af 70 tråde pr. og en ikke-steril maske i keglestil, som er tilgængelig på de fleste apoteker. Ved at placere disse forskellige masker på mannequinen, de var i stand til at kortlægge dråbernes veje og demonstrere, hvor forskelligt de præsterer.

Resultaterne viste, at løst foldede ansigtsmasker og belægninger i bandana-stil giver minimal standsningsevne for de mindste aerosoliserede åndedrætsdråber. Veltilpassede hjemmelavede masker med flere lag quiltestof, og hyldemasker i keglestil, viste sig at være den mest effektive til at reducere dråbespredning. Disse masker var i stand til at begrænse hastigheden og rækkevidden af ​​åndedrætsstrålerne betydeligt, dog med en vis lækage gennem maskematerialet og fra små huller langs kanterne.

Vigtigt, afdækket emuleret hoste var i stand til at rejse mærkbart længere end den i øjeblikket anbefalede 6-fods afstandsretningslinje. Uden maske, dråber rejste mere end 8 fod; med en bandana, de rejste 3 fod, 7 tommer; med et foldet bomuldslommetørklæde, de rejste 1 fod, 3 tommer; med den syede quiltede bomuldsmaske, de rejste 2,5 tommer; og med kegle-stil maske, dråber rejste omkring 8 inches.

"Ud over at give en indledende indikation af effektiviteten af ​​beskyttelsesudstyr, de visuelle elementer, der er brugt i vores undersøgelse, kan hjælpe med at formidle til den brede offentlighed rationalet bag retningslinjer for social distancering og anbefalinger til brug af ansigtsmasker, " sagde Siddhartha Verma, Ph.D., hovedforfatter og en adjunkt, der var medforfatter til papiret sammen med Manhar Dhanak, Ph.D., afdelingsformand, professor, og direktør for SeaTech; og John Frakenfeld, teknisk paraprofessionel, alt sammen inden for FAU's Institut for Hav- og Maskinteknik. "At fremme udbredt bevidsthed om effektive forebyggende foranstaltninger er afgørende på dette tidspunkt, da vi observerer betydelige stigninger i tilfælde af COVID-19-infektioner i mange stater, især Florida."

Når mannequinen ikke var udstyret med en maske, de projicerede dråber meget længere end de 6-fods afstandsretningslinjer, der i øjeblikket anbefales af United States Centers for Disease Control and Prevention. Forskerne observerede dråber, der bevægede sig op til 12 fod inden for cirka 50 sekunder. I øvrigt, sporstofdråberne forblev suspenderet i luften i op til tre minutter i det stille miljø. Disse observationer, i kombination med andre nyere undersøgelser, tyder på, at nuværende retningslinjer for social distancering muligvis skal opdateres for at tage højde for aerosol-baseret overførsel af patogener.

"Vi fandt ud af, at selvom de uhindrede turbulente jetfly blev observeret at rejse op til 12 fod, et stort flertal af de udstødte dråber faldt til jorden på dette tidspunkt, " sagde Dhanak. "Vigtigt, både antallet og koncentrationen af ​​dråberne vil falde med stigende afstand, hvilket er den grundlæggende begrundelse bag social distancering."

Patogenet, der er ansvarligt for COVID-19, findes primært i luftvejsdråber, der udstødes af inficerede individer under hoste, nyser, eller endda tale og trække vejret. Bortset fra COVID-19, luftvejsdråber er også det primære middel til overførsel af forskellige andre virale og bakterielle sygdomme, såsom almindelig forkølelse, influenza, tuberkulose, SARS (alvorligt akut respiratorisk syndrom), og MERS (Mellemøstens respiratoriske syndrom), for at nævne et par stykker. Disse patogener er indhyllet i luftvejsdråber, som kan lande på raske individer og resultere i direkte overførsel, eller på livløse genstande, som kan føre til infektion, når en rask person kommer i kontakt med dem.

"Vores forskere har demonstreret, hvordan masker er i stand til betydeligt at begrænse hastigheden og rækkevidden af ​​åndedrætsdråber og dyser. Desuden, de har afsløret, hvordan emuleret hoste kan rejse mærkbart længere end den i øjeblikket anbefalede retningslinje for afstand på seks fod, " sagde Stella Batalama, Ph.D., dekan for FAU's Ingeniør- og Datalogihøjskole. "Deres forskning skitserer proceduren for opsætning af simple visualiseringseksperimenter ved hjælp af let tilgængelige materialer, som kan hjælpe sundhedspersonale, medicinske forskere, og producenter til at vurdere effektiviteten af ​​ansigtsmasker og andet personligt beskyttelsesudstyr kvalitativt."