Vlhké masky zadržují rychlé kapky účinněji než suché

Během pandemie covid WHO doporučuje sociální distancování a ochranu dýchacích cest. Obě opatření snižují pravděpodobnost infekce vzdušnými kapkami: kvůli vzdálenosti se některé kapičky nestihnou dostat od nemocného člověka ke zdravému a masky na nich vytvářejí další bariéru vůči okolí.

Pokud však jde o studie účinnosti masek, jejich parametry se měří (zpravidla) pro suché vzorky. V reálné situaci dochází k postupnému vlhčení masky na obličeji člověka – například vlivem řeči, kondenzací vydechovaného vlhkého vzduchu, pocením nebo kašlem. Dodnes není zcela jasné, jak přesně taková hydratace ovlivňuje parametry masek.

Fyzici z Indie, Kanady a Spojených států pod vedením Abhisheka Sahy z Kalifornské univerzity se rozhodli vyzkoušet, jak se mění schopnost masek zadržovat kapky, když jsou postupně navlhčeny.

Za tímto účelem vytvořili vědci kapky deionizované vody (vlastnostmi podobné respirační tekutině) o velikosti asi dva milimetry (podobně jako největší kapičky kašle) a pomocí vysokorychlostní fotografie (4000 snímků za sekundu) sledovali jak maska míjela postupně padající kapky na ni v rozsahu rychlostí pádu v okamžiku kontaktu s povrchem 2–4 metry za sekundu.

Na experimentech se podílely tři typy masek: jedna lékařská (vyrobená z hydrofobního, to znamená vodou špatně smáčeného materiálu) a dvě látkové (hydrofilní – dobře smáčené vodou).

Autoři sledovali podíly objemu kapky, která prošla maskou a odrážela se od ní, přičemž zůstala na povrchu, na základě zachování původního objemu a také na základě zachování původního objemu, vypočítal podíl objemu absorbovaného póry. Poté fyzici zkontrolovali, jak se mění prahová rychlost, při které maska přestane držet kapku (to znamená, že zlomek objemu, který přes ni prošel, se stane nenulovým) v závislosti na zbývajících objemových zlomcích a počtu kapek, které spadly. na masce.

Podle výsledků analýzy se ukázalo, že ve všech třech případech je u mokrých masek prahová míra zadržení velkých kapek vyšší než u suchých (ovšem v případě jedné z látkových masek , tento obrazec se neobjevil zcela spolehlivě – při stejném počtu kapek se maximální rychlost, kterou maska v jednom z experimentů nepropustila, ukázala být větší než minimální rychlost, kterou maska propustila. to přes v jiném, což nám neumožňuje správně vypočítat prahovou rychlost).

V případě hydrofobní lékařské masky se kapalina hromadí na jejím vnějším povrchu. Nové kapky narážejí na tuto tekutou vrstvu a po dosažení samotné masky ztrácejí rychlost – v důsledku takového zpomalení může mokrá maska pojmout rychleji kapky než suchá (během experimentu se prahová rychlost po navlhčení zvýšila o více než jednu a půlkrát).

U hydrofilních masek vypadá obrázek jinak: jejich materiál je uspořádán tak, že neodráží kapku na povrchu, ale absorbuje ji. Zároveň se v suché masce tohoto typu kapky vstřebávají pouze díky těm pórům, které jsou s kapkou v přímém kontaktu. Když maska zvlhne, ty póry, které nejsou v kontaktu s novou kapkou, ale již tekutinu obsahovaly, se začnou podílet na zadržování nové vlhkosti – v důsledku nárůstu počtu těchto pórů (který je úměrný objem vlhké oblasti) a dochází ke zvýšení účinnosti masky. Fyzici zdůrazňují, že dominantní je zde právě tato závislost na celkovém absorbovaném objemu, nikoli závislost na počtu spadlých kapek.

Covid Art: 15 vynikajících obrazů na stěnách:

Na základě analýzy mechanismů zadržování kapek vědci také navrhli teoretické formy závislosti prahové rychlosti na podílu odražených (u hydrofobních masek) a absorbovaných (u hydrofilních) objemů, které kvalitativně správně popsaly pozorovací data .

Autoři podotýkají, že design experimentu byl daleko od skutečných podmínek nošení masky a analýza nezohlednila například odpařování nebo kondenzaci kapaliny ani skutečnou polohu masky. maska na obličej. Studie navíc neukazuje, jak se schopnost masky vyrovnat se s menšími kapičkami a chránit nositele před infekcí mění s vlhkostí – k zodpovězení těchto otázek je zapotřebí podrobnější analýza.

Dříve jsme psali o tom, jak fyzici popsali pohyb velkých kapiček kašle v tkáních podomácku vyrobených masek a jak vědci měřili přínos masek ve virových částicích.