Кращі матеріали для виготовлення медичних масок у домашніх умовах

Після початку пандемії COVID-19 центри з контролю та профілактики захворювань у США рекомендують людям носити медичні маски у громадських місцях. Але оскільки існує дефіцит як масок, так і респіраторів N95, і зазначені засоби індивідуального захисту (ЗІЗ) повинні бути зарезервовані для працівників охорони здоров’я, багато людей почали виробляти їх власноруч. Дослідники повідомили науковому виданню «ACS Nano», що комбінація бавовни із натуральним шовком або шифоном може ефективно фільтрувати аерозольні частинки.

Відомо, що SARS-CoV-2, новий коронавірус, який викликає COVID-19, розповсюджується головним чином через дихальні краплі, які виділяються при кашлі, чханні, диханні або розмові. Розмір цих краплин може мати широкий діапазон, але найменші з них, відомі як аерозолі, можуть легко прослизнути крізь отвори між певними волокнами тканини. Це змушує людей замислитися, чи дійсно тканинні маски допоможуть попередити захворювання. Загалом більші за розміром краплини (понад 5 мкм) осідають під дією сили тяжіння і не проходять відстань, більшу за 1—2 м. Проте аерозолі залишаються «зваженими» у повітрі протягом більш тривалого проміжку часу завдяки їх невеликим розмірам. Саме вони відіграють ключову роль у розповсюдженні інфекції. Фільтрація аерозолів відбувається за рахунок п’яти основних механізмів: гравітаційного осадження, інерційного зіткнення, перехоплення, дифузії та електростатичного тяжіння. Зі зменшенням розміру аерозолів дифузія за допомогою броунівського руху та механічного перехоплення частинок крізь волокна фільтру є переважним механізмом.

Абхітейя Конда з Чіказького університету, США, із колегами хотіли вивчити здатність звичайних тканин окремо або у комбінації фільтрувати аерозолі, схожі за розміром на дихальні краплини.

Дослідники використовували змішувальну аерозольну камеру для отримання частинок діаметром від 10 нм до 6 мкм. Вентилятор продував аерозолі крізь різні зразки тканин зі швидкістю повітряного потоку, що відповідає диханню людини у стані спокою, і дослідна команда вимірювала кількість і розмір частинок у повітрі до та після проходження крізь тканину. Оцінювалася фільтраційна здатність декількох тканин, включаючи бавовну, шовк, шифон, фланель, а також різні синтетичні матеріали та їх комбінації. І хоча фільтраційна здатність для різних тканин при використанні одного шару становила 5–80% і 5–95% для розмірів частинок <300 нм та >300 нм відповідно, ефективність фільтрації підвищувалася у разі використання декількох шарів тканин та їх специфічної комбінації. Фільтраційна здатність гібридних тканин (таких як бавовна-шовк, бавовна-шифон, бавовна-фланель) становила >80% для частинок розміром <300 нм і >90% для частинок >300 нм (див. таблицю). Вчені припускають, що покращені характеристики гібридних матеріалів, вірогідно, пов’язані із комбінованим ефектом механічної та електростатичної фільтрації.

Таблиця. Ефективність фільтрації різних зразків тканин при швидкості повітряного потоку 1,2 кубічних футів на хвилину і відповідному перепаді тиску

• Konda A., Prakash A., Moss G. et al. (2020) Aerosol Filtration Efficiency of Common Fabrics Used in Respiratory Cloth Masks
  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c03252

 Катерина Приходько-Дибська