Fugtighed i åndedrættet gør bomuldsmasker mere effektive til at bremse spredningen af ​​COVID-19

Forskere har fundet på en bedre måde at teste, hvilke stoffer der fungerer bedst til masker, der er beregnet til at bremse spredningen af ​​COVID-19. Ved at teste disse stoffer under forhold, der efterligner fugtigheden i en persons åndedræt, forskerne har opnået mål, der mere præcist afspejler, hvordan stofferne fungerer, når de bæres af en levende, åndende person.

De nye målinger viser, at under fugtige forhold, filtreringseffektiviteten – et mål for hvor godt et materiale opfanger partikler – steg med gennemsnitligt 33 % i bomuldsstoffer. Syntetiske stoffer klarede sig dårligt i forhold til bomuld, og deres ydeevne blev ikke forbedret med fugt. Materialet fra medicinske procedure masker blev heller ikke forbedret med fugtighed, selvom den præsterede i nogenlunde samme rækkevidde som bomuld.

Dette studie, udført af forskere ved National Institute of Standards and Technology (NIST) og Smithsonian's Museum Conservation Institute, blev udgivet i ACS anvendte nanomaterialer .

En tidligere undersøgelse fra det samme forskerhold viste, at dobbeltlagsmasker lavet af tætvævede bomuldsstoffer med en hævet lur, såsom flanneller, er særligt effektive til at filtrere åndedrættet. Denne undersøgelse blev udført under relativt tørre forhold i laboratoriet, og dens hovedfund står stadig.

"Bomuldsstoffer er stadig et godt valg, " sagde NIST-forsker Christopher Zangmeister. "Men denne nye undersøgelse viser, at bomuldsstoffer faktisk fungerer bedre i masker, end vi troede."

Forskerne testede også, om fugt gør stofferne sværere at ånde igennem og fandt ingen ændring i åndbarheden.

Centers for Disease Control and Prevention (CDC) anbefaler, at folk bærer masker for at bremse spredningen af ​​COVID-19. Når det bæres korrekt, disse masker bortfiltrerer nogle af de virusfyldte dråber, som en inficeret person udånder, og tilbyder også en vis beskyttelse til bæreren ved at filtrere indkommende luft.

Denne undersøgelse er en af ​​flere, udført af NIST og andre organisationer, som bidrog til de første standarder for stofmasker, der skulle bremse spredningen af ​​COVID-19. Disse standarder blev for nylig udgivet af den standardudviklende organisation ASTM International.

Filtreringseffektiviteten af ​​bomuldsstoffer øges under fugtige forhold, fordi bomuld er hydrofilt, hvilket betyder at den kan lide vand. Ved at absorbere små mængder af vandet i en persons åndedræt, bomuldsfibre skaber et fugtigt miljø inde i stoffet. Når mikroskopiske partikler passerer igennem, de absorberer noget af denne fugt og vokser sig større, hvilket gør dem mere tilbøjelige til at blive fanget.

De fleste syntetiske stoffer, på den anden side, er hydrofobe, hvilket betyder, at de ikke kan lide vand. Disse stoffer absorberer ikke fugt, og deres filtreringseffektivitet ændres ikke under fugtige forhold.

Til denne undersøgelse, holdet testede stofprøver, ikke egentlige masker. Først, de forberedte to-lags stofprøver ved at placere dem i en lille boks, hvor luften blev holdt på 99 % luftfugtighed - nogenlunde det samme som en persons udåndede åndedræt. Til sammenligning, et andet sæt farveprøver blev fremstillet ved 55 % fugtighed. Efter at stofferne nåede en ligevægt med den befugtede luft, forskerne placerede dem foran et rør, der udsendte luft med omtrent samme hastighed som udåndingsånden. At luft bar saltpartikler i en række størrelser, der er typiske for de dråber, som en person udånder, når han trækker vejret, tale og hoste. Denne saltpartikelmetode anbefales af CDC's National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) til måling af filtreringsydelsen af ​​maskefremstillingsmaterialer.

Forskerne beregnede filtreringseffektiviteten ved at måle antallet af partikler i luften før og efter den passerede gennem stoffet. De målte åndbarhed ved at måle lufttrykket på begge sider af stoffet, når luften passerede gennem det.

Forskerne testede ni forskellige typer bomuldsflanel, som under fugtige forhold øgede deres filtreringseffektivitet fra 12 % til 45 %, med en gennemsnitlig stigning på 33 %. De testede seks typer syntetisk stof, inklusive nylon, polyester og rayon. Alle klarede sig dårligt i forhold til bomuldsflanel uanset luftfugtighed. Masker til medicinske procedurer og N95 åndedrætsmasker gav den samme filtreringseffektivitet under både høj og lav luftfugtighed.

Mens ændringen i ydeevne for bomuldsflaneller er stor, de absorberer faktisk ikke ret meget vand. Under fugtige forhold, en to-lags bomuldsflanel maske absorberer omkring 150 milligram vand fra menneskelig ånde, svarende til blot en eller to dråber. Hvis stofmasker faktisk bliver våde på andre måder, de kan blive svære at trække vejret igennem, og CDC anbefaler, at folk ikke bærer dem til aktiviteter som svømning. Hvis masker bliver våde på grund af vejret, de bør ændres.

Mens denne forskning giver nyttige oplysninger til folk, der bærer ansigtsmasker, det rummer også lektioner for forskere, der arbejder på at forbedre masker og måle deres ydeevne.

"For at forstå, hvordan disse materialer fungerer i den virkelige verden, " sagde Zangmeister, "vi er nødt til at studere dem under realistiske forhold."