Исследование Колледжа инженерии и информатики Атлантического университета Флориды, только что опубликованное в журнале Physics of Fluids, демонстрирует посредством визуализации имитируемого кашля и чихания метод оценки эффективности масок для предотвращения образования капель. Обоснование рекомендации по использованию масок или других покрытий для лица состоит в том, чтобы снизить риск перекрестного заражения через передачу респираторных капель от инфицированных к здоровым людям.
Исследователи использовали визуализацию потока в лабораторных условиях с использованием лазерного светового луча и смеси дистиллированной воды и глицерина для создания синтетического тумана, который составлял содержимое струи от кашля. Они визуализировали капли, выбрасываемые изо рта манекена, имитируя кашель и чихание.
Они протестировали маски, которые легко доступны для широкой публики, которые не обходятся без медицинских масок и респираторов для медицинских работников. Они протестировали однослойное покрытие в стиле банданы, самодельную маску, сшитую из двухслойной хлопковой ткани для квилтинга, состоящей из 70 нитей на дюйм, и нестерильную маску в виде конуса, которую можно купить в большинстве аптек. Поместив эти различные маски на манекен, они смогли наметить траектории движения капель и продемонстрировать, насколько по-разному они действуют.
Результаты показали, что свободно сложенные маски для лица и покрывала в стиле банданы обеспечивают минимальную задерживающую способность для мельчайших аэрозольных капель из дыхательных путей. Хорошо подогнанные самодельные маски с несколькими слоями ткани для квилтинга и стандартные маски в форме конуса оказались наиболее эффективными в уменьшении рассеивания капель. Эти маски смогли значительно сократить скорость и диапазон дыхательных струй, хотя и с некоторой утечкой через материал маски и из небольших зазоров по краям.
Важно отметить, что непокрытый имитационный кашель мог распространяться значительно дальше, чем рекомендованная в настоящее время рекомендация по дистанцированию на 6 футов. Без маски капли разлетались более чем на 8 футов; с банданой они прошли 3 фута 7 дюймов; со сложенным хлопчатобумажным платком они прошли 1 фут 3 дюйма; с сшитой стеганной хлопковой маской они проехали 2.5 дюймов; а с маской в виде конуса капли перемещались примерно на 8 дюймов.
«Помимо предоставления начального показателя эффективности защитного снаряжения, визуальные эффекты, использованные в нашем исследовании, могут помочь донести до широкой публики обоснование принципов социального дистанцирования и рекомендаций по использованию масок для лица», – сказал Сиддхартха Верма, доктор философии.D., ведущий автор и доцент, который является соавтором статьи с Манхаром Дханаком, Ph.D., заведующий кафедрой, профессор и директор SeaTech; и Джон Фракенфельд, парапрофессиональный технический специалист, все из Департамента океана и машиностроения FAU. «Повышение осведомленности об эффективных профилактических мерах имеет решающее значение в настоящее время, поскольку мы наблюдаем значительный всплеск случаев заражения COVID-19 во многих штатах, особенно во Флориде."
Когда манекен не был снабжен маской, капли выбрасывались намного дальше, чем рекомендовано Центрами по контролю и профилактике заболеваний США. Исследователи наблюдали, как капли перемещаются на расстояние до 12 футов примерно за 50 секунд. Более того, капельки трассера оставались подвешенными в воздухе до трех минут в спокойной среде.
Эти наблюдения в сочетании с другими недавними исследованиями предполагают, что текущие руководящие принципы социального дистанцирования, возможно, потребуется обновить, чтобы учесть передачу патогенов через аэрозоль.
«Мы обнаружили, что, хотя наблюдалось, что беспрепятственные турбулентные струи перемещаются на расстояние до 12 футов, большая часть выбрасываемых капель к этому моменту упала на землю», – сказал Дханак. "Важно отметить, что как количество, так и концентрация капель будут уменьшаться с увеличением расстояния, что является фундаментальным обоснованием социального дистанцирования."
Патоген, ответственный за COVID-19, обнаруживается в основном в респираторных каплях, которые выбрасываются инфицированными людьми при кашле, чихании или даже при разговоре и дыхании.
Помимо COVID-19, респираторные капли также являются основным средством передачи различных других вирусных и бактериальных заболеваний, таких как простуда, грипп, туберкулез, SARS (тяжелый острый респираторный синдром) и MERS (ближневосточный респираторный синдром). назвать несколько. Эти патогены заключены в респираторные капли, которые могут попасть на здоровых людей и привести к прямой передаче, или на неодушевленные предметы, что может привести к инфекции, когда здоровый человек вступает с ними в контакт.
«Наши исследователи продемонстрировали, как маски могут значительно сократить скорость и диапазон дыхательных капель и струй. Более того, они обнаружили, как имитация кашля может распространяться значительно дальше, чем рекомендованная в настоящее время рекомендация по дистанцированию на шесть футов », – сказала Стелла Баталама, доктор философии.D., декан факультета инженерии и информатики FAU. «В их исследовании описывается процедура постановки простых экспериментов по визуализации с использованием легко доступных материалов, которые могут помочь специалистам в области здравоохранения, исследователям-медикам и производителям качественно оценить эффективность масок для лица и других средств индивидуальной защиты."