Маски являются необходимым средством предотвращения распространения респираторных вирусов, таких как COVID-19, в сочетании с частым мытьем рук и физическим дистанцированием. С началом пандемии нового коронавируса возникло много споров относительно того, какие маски лучше использовать.
Многоразовые маски, сделанные из ткани, стали популярны наряду с классическими медицинскими ввиду их удобства и возможности многоразового использования. Изначально у ученых существовало сомнение в эффективности применения маски, сделанной из ткани, так как подобный материал не способен задерживать мельчайшие аэрозольные частицы слюны или выделений из носа, содержащие вирус. В настоящее время появились данные, что при разговоре, кашле и чихании образуются более крупные капли, которые несут вирусные частицы.
Тахер Саиф, профессор механики и инженерии в Университете Иллинойса, Урбана-Кампейн, и его коллеги провели исследование, в котором изучалась эффективность обычных бытовых тканей в блокировании выделения аэрозольных частиц, содержащих вирус. Результаты опубликованы в журнале Extreme Mechanics Letters.
Частицы аэрозоля обычно имеют размер менее 5 микрометров и находятся в диапазоне сотен нанометров. Однако более крупные капли - примерно до 1 миллиметра в диаметре - также могут выделяться, когда человек говорит, кашляет или чихает.
Эти более крупные капли создают проблему, потому что, обладая достаточным импульсом, они могут протискиваться через поры некоторых тканей, разбиваться на более мелкие капли и разлетаться по воздуху.Тем не менее, по словам исследователей, для того, чтобы человек чувствовал необходимость носить маску, она должна быть удобной и дышащей.
«Маска, сделанная из ткани с низкой воздухопроницаемостью, не только неудобна, но и вредна, поскольку выдыхаемый воздух вытесняется по контурам лица, нарушая предназначение маски и создавая ложное чувство защиты, - сказал Саиф. - Наша цель - показать, что во многих обычных тканях используется компромисс между воздухопроницаемостью и эффективностью блокирования капель - больших и малых».
Ученые проверили свойства (воздухопроницаемость и способность блокировать образование капель) одиннадцати распространенных тканей домашнего обихода, используя медицинскую маску в качестве эталона. Выбранные ткани варьировались от новой и бывшей в употреблении одежды до простыней и кухонных полотенец. Затем ученые оценили свойства тканей с точки зрения их строения, содержания волокон, веса, количества нитей, пористости и степени водопоглощения.
«Проверить воздухопроницаемость этих тканей было несложно, - сказал Саиф. -Мы просто измерили скорость потока воздуха через ткань. Проверить способность блокировать капли немного сложнее».
В лаборатории исследователи наполняли ингалятор дистиллированной водой, содержащей легко обнаруживаемые флуоресцентные частицы диаметром 100 нанометров, что сопоставимо с размерами нового коронавируса. При надувании прибор генерировал капли, и они собирались на пластиковой посуде, помещенной перед ингалятором.
Чтобы проверить ткани, ученые повторяли этот процесс с различными материалами, помещенными на чашки для сбора. Далее они подсчитывали количество наночастиц, попавших на чашку, с помощью микроскопа высокого разрешения, и соотношение капель, собранных с тканью и без нее, чтобы оценить эффективность блокировки. Измерялась также скорость и размер частиц, выбрасываемых из ингалятора, с помощью высокоскоростной видеозаписи.
«Мы обнаружили, что все протестированные ткани достаточно эффективны для блокирования частиц размером 100 нанометров, аналогичных тем, которые могут выделяться при разговоре, кашле и чихании. Эффект наблюдался даже при наличии всего одного слоя, - сказал Саиф. - С двумя или тремя слоями даже более проницаемые ткани, такие как ткань футболки, обеспечивают эффективность блокировки капель, аналогичную эффективности медицинской маски, сохраняя при этом сопоставимую или лучшую воздухопроницаемость».
Ученые предлагают протестировать ткани производителям тканевых масок на созданной ими экспериментальной платформе.
