Dråbespredning fra mennesker følger ikke altid luftstrømmen

Verdenssundhedsorganisationen har advaret om, at aerosoloverførsel af COVID-19 bliver undervurderet. Hvis spredningen af ​​aerosoler bekræftes at være signifikant, som mistænkt, vi bliver nødt til at genoverveje retningslinjerne for social distancering, ventilationsanlæg og fællesrum.

En gruppe forskere fra Heriot-Watt University og University of Edinburgh i Storbritannien mener, at der også er behov for en bedre forståelse af forskellige dråbeadfærd og deres forskellige spredningsmekanismer baseret på dråbestørrelse.

I Væskers fysik , gruppen præsenterer en matematisk model, der tydeligt afgrænser små-, mellemstore og store dråber. Enkle formler kan bruges til at bestemme en dråbes maksimale område.

Dette har vigtige konsekvenser for forståelsen af ​​spredningen af ​​luftbårne sygdomme, såsom COVID-19, fordi deres spredningstest afslørede fraværet af mellemstore dråber, som forventet.

"Flowfysikken for en person, der hoster, er kompleks, involverer turbulente stråler og dråbefordampning, " sagde Cathal Cummins, fra Heriot-Watt University. "Og stigningen i COVID-19 har afsløret hullerne i vores viden om fysikken i transmission og afbødningsstrategier."

Et sådant hul i fysikken er en klar, enkel beskrivelse af, hvor de enkelte dråber går hen, når de kastes ud.

"Vi ønskede at udvikle en matematisk model af nogen, der trækker vejret, som kunne udforskes analytisk for at undersøge den dominerende fysik, der er i spil, " sagde Cummins.

Når en person trækker vejret, de udsender dråber af forskellige størrelser, som ikke nødvendigvis følger luftstrømmen trofast.

"Vi repræsenterer vejrtrækning som en punktkilde til både luft og dråber og inkluderer en punktvask til at modellere effekten af ​​ekstraktion af luft og dråber, " sagde Cummins. "For at tage højde for forskellene i størrelse og tæthed, vi bruger Maxey-Riley-ligningen, som beskriver bevægelsen af ​​en lille, men endelig, stiv kugle gennem en væske. "

Dette arbejde giver forskere en generel ramme til at forstå dråbespredningen. Modellens enkelhed viser, at bimodalitet faktisk kunne være en egenskab ved selve dråberne, og gruppen giver formler til at forudsige, hvornår sådanne dråber vil have korte rækkevidde.

"Vores undersøgelse viser, at der ikke er en lineær sammenhæng mellem dråbestørrelse og forskydning - med både små og store dråber, der rejser længere end mellemstore, " sagde Felicity Mehendale, medforfatter og akademisk kirurg ved University of Edinburgh. "Vi har ikke råd til at være selvtilfredse med hensyn til små dråber. PPE er en effektiv barriere for store dråber, men kan være mindre effektiv for små."

Som en løsning, Mehendale kom op med ideen om at skabe en aerosoludsugningsanordning. Holdet arbejder på planer om at fremstille aerosolekstraktoren for at holde klinikere sikre under en bred vifte af aerosol-genererende procedurer, der rutinemæssigt udføres i medicin og tandpleje. Ekstraktionsenheder placeret i nærheden af ​​dråbekilderne kan effektivt fange dråber, hvis deres diameter falder til under et menneskehår.

"Dette har vigtige konsekvenser for COVID-19-pandemien, " sagde Cummins. "Større dråber ville let blive fanget af PPE, såsom masker og ansigtsskærme. Men mindre dråber kan trænge ind i nogle former for PPE, så en udtrækker kan hjælpe med at reducere svagheden i vores nuværende forsvar mod COVID-19 og fremtidige pandemier."

Mehendale sagde, at en bedre forståelse af dråbeadfærden vil hjælpe "med at informere sikkerhedsretningslinjerne for aerosolgenererende procedurer, og det vil være relevant under de nuværende og fremtidige pandemier, samt for andre infektionssygdomme. Denne matematiske model kan også tjene som grundlag for modellering af indvirkningen på dråbespredning af ventilationssystemer, der findes inden for en række kliniske rum."