Hvor godt indeholder våde masker dråber? Undersøgelse viser, at fugtige masker stadig stopper indtrængning af luftvejsdråber

Efter at have studeret effektiviteten af ​​forskellige lag af masker til at stoppe luftvejsdråber fra at undslippe ansigtsmasker, har et hold internationale forskere nu vendt deres opmærksomhed mod at modellere, hvad der sker med dråber, når de kommer i kontakt med våde masker. Deres resultater viser, at fugtige masker stadig er effektive til at forhindre disse dråber i at undslippe masken og forstøves til mindre, lettere at sprede aerosolformede partikler.

Denne undersøgelse undersøgte kun virkningerne af våde masker på dråbegennemtrængning; forskerne bemærker, at folk bør følge folkesundhedsvejledningen for at skifte deres maske, hvis den er våd, da våde masker er sværere at ånde igennem, mindre effektive til at filtrere indåndet luft og kan udlufte mere rundt om kanten af ​​masken end tørre masker.

"Mens effektiviteten af ​​forskellige tørre ansigtsmasker er blevet undersøgt, mangler der en omfattende undersøgelse af våde masker. Alligevel bærer brugere masker i lange perioder, og i løbet af denne tid bliver maskematrixen våd på grund af luftvejsdråber, der frigives fra vejrtrækning, hoste, nyser osv," skrev teamet af ingeniører fra University of California San Diego, Indian Institute of Science og University of Toronto. Forskerne præsenterede deres resultater den 21. november ved American Physical Society's 74. årlige møde i APS Division of Fluid Dynamics. Det samme papir vil blive offentliggjort i Physical Review Fluids den 7. december

De fandt ud af, at våde masker, måske kontraintuitivt, faktisk gør det sværere for disse åndedrætsdråber at trænge ind og undslippe masken og splintres i mindre, aerosoliserede partikler; Forskning har vist, at disse mindre partikler er mere tilbøjelige til at sprede SARS-CoV-2-virussen ved at blive hængende i luften længere end de større dråber, der falder til jorden. Ved at modellere fysikken bag, hvorfor dette sker, opdagede de, at to meget forskellige mekanismer er til stede for hydrofobe masker som almindelige kirurgiske masker, versus hydrofile masker som stofvarianterne.

For at studere præcis, hvordan vådhed påvirker dråbegennemtrængning, genererede forskerne falske åndedrætsdråber ved hjælp af en sprøjtepumpe, som langsomt skubbede væske gennem en nål og ind på en af ​​tre typer maskematerialer:en kirurgisk maske og to stofmasker af forskellig tykkelse. Forskerne registrerede, hvad der skete, da dråberne ramte masken ved hjælp af et højhastighedskamera, der fangede virkningen med 4.000 billeder i sekundet, og fortsatte med at studere det, da masken blev fugtig.

De fandt ud af, at dråber fra hoste eller nys skal bevæge sig med en højere hastighed for at blive skubbet gennem en maske, når den er våd, sammenlignet med når den er tør. På hydrofobe masker med lav absorptionsevne, som kirurgiske masker, danner åndedrætsdråberne små perler på maskens overflade, hvilket giver yderligere modstand for de stødte dråber mod mulig gennemtrængning.

De hydrofile stofmasker udviser ikke denne beading; i stedet absorberer kluden væsken, hvor det våde område spredes, efterhånden som masken absorberer mere volumen. Den porøse matrix af disse stofmasker bliver fyldt med væske, og dråberne skal derfor fortrænge et større volumen væske for at trænge ind i masken. På grund af denne ekstra modstand er penetrationen svagere.

"Sammenfattende viste vi, at våde masker er i stand til at begrænse ballistiske åndedrætsdråber bedre end tørre masker," sagde Sombuddha Bagchi, førsteforfatter af papiret og en maskiningeniør Ph.D. studerende ved Jacobs School of Engineering ved UC San Diego.

"Vi skal dog også være opmærksomme på sidelækage og åndbarhed af våde masker, som ikke blev undersøgt i vores undersøgelse", tilføjede Abhishek Saha, en medforfatter og professor i Mechanical and Aerospace Engineering ved UC San Diego.

Teamet af ingeniører – som også omfatter professorerne Swetaprovo Chaudhuri fra University of Toronto og Saptarshi Basu fra Indian Institute of Science – var velbevandret i denne type eksperimenter og analyser, selvom de var vant til at studere dråbernes aerodynamik og fysik til applikationer, herunder fremdriftssystemer, forbrænding eller termiske sprays. De rettede deres opmærksomhed mod respiratoriske dråberfysik sidste år, da COVID-19-pandemien startede, og siden da har de studeret transporten af ​​disse luftvejsdråber og deres roller i overførsel af sygdomme af typen COVID-19.

I marts 2021 udgav det samme hold en artikel i Science Advances beskriver effektiviteten af ​​tørre masker med et, to og tre lag til at forhindre luftvejsdråber i at trænge ind i masken. Ved at bruge en lignende metode til dette vådmaske-eksperiment viste de, at trelags kirurgiske masker er mest effektive til at forhindre, at store dråber fra hoste eller nys bliver forstøvet til mindre dråber. Disse store hostedråber kan trænge gennem enkelt- og dobbeltlagsmaskerne og forstøve til meget mindre dråber, hvilket er særligt afgørende, da disse mindre aerosoldråber er i stand til at blive hængende i luften i længere perioder.