Die Visualisierung zeigt, wie Gesichtsschutz (und einige N95-Masken) die Ausbreitung von COVID nicht stoppen können

Von Florida Atlantic University, 9. September 2020

(Klicken Sie auf das Bild, um es vollständig anzuzeigen.) Obwohl Gesichtsschutzschilde die anfängliche Vorwärtsbewegung des Strahls blockieren, bewegen sich die ausgestoßenen Tröpfchen relativ leicht um das Visier herum und breiten sich je nach leichten Umgebungsstörungen über einen großen Bereich aus. Bildnachweis: College of Engineering and Computer Science der Florida Atlantic University

Eine Visualisierungsstudie des FAU College of Engineering and Computer Science zeigt, warum Gesichtsschutz allein nicht funktioniert.

If the United States Centers for Disease Control and Prevention (CDC) guidelines aren't enough to convince you that face shields alone shouldn't be used to stop the spread of COVID-19First identified in 2019 in Wuhan, China, COVID-19, or Coronavirus disease 2019, (which was originally called "2019 novel coronavirus" or 2019-nCoV) is an infectious disease caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). It has spread globally, resulting in the 2019–22 coronavirus pandemic." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">COVID-19, dann vielleicht eine neue Visualisierungsstudie.

Um das öffentliche Bewusstsein für die Wirksamkeit von Gesichtsschutzschilden allein sowie von Gesichtsmasken mit Ausatemventilen zu schärfen, verwendeten Forscher des College of Engineering and Computer Science der Florida Atlantic University qualitative Visualisierungen, um zu testen, wie Gesichtsschutzschilde und Masken mit Ventilen die Ausbreitung von Aerosolen verhindern -große Tröpfchen. Eine weit verbreitete öffentliche Nutzung dieser Alternativen zu herkömmlichen Masken könnte sich möglicherweise negativ auf die Eindämmungsbemühungen auswirken.

For the study, just published in the journal Physics of FluidsPhysics of Fluids is a monthly peer-reviewed scientific journal devoted to publishing original theoretical, computational, and experimental contributions to the understanding of the dynamics of gases, liquids, and complex or multiphase fluids. Established by the American Institute of Physics in 1958, Physics of Fluids is a preeminent journal covering fluid dynamics." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> Physics of Fluids nutzten Forscher die Strömungsvisualisierung in einer Laborumgebung, indem sie ein Laserlichtblatt und eine Mischung aus destilliertem Wasser und Glycerin verwendeten, um den synthetischen Nebel zu erzeugen, der den Inhalt eines Hustenstrahls ausmachte. Sie visualisierten Tröpfchen, die aus dem Mund einer Schaufensterpuppe ausgestoßen wurden, während sie Husten und Niesen simulierten. Indem sie einen Gesichtsschutz aus Kunststoff und eine N95-Gesichtsmaske mit Ventil anbrachten, konnten sie den Weg der Tröpfchen bestimmen und ihre Wirkungsweise demonstrieren.

Um die Leistung des Gesichtsschutzes zu demonstrieren, verwendeten die Forscher zusätzlich zu einem vertikalen Laserblatt ein horizontales Laserblatt, das zeigt, wie die Tröpfchen die horizontale Ebene kreuzen. Die Forscher beobachteten nicht nur die Vorwärtsausbreitung der Tröpfchen, sie fanden auch heraus, dass sich die Tröpfchen auch in die Rückwärtsrichtung ausbreiteten. Bildnachweis: College of Engineering and Computer Science der Florida Atlantic University

Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass Gesichtsschutzschilde zwar die anfängliche Vorwärtsbewegung des Strahls blockieren, die ausgestoßenen Tröpfchen sich jedoch relativ leicht um das Visier bewegen und sich abhängig von leichten Umgebungsstörungen über einen großen Bereich ausbreiten. Visualisierungen für die Gesichtsmaske, die mit einer Ausatemöffnung ausgestattet ist, deuten darauf hin, dass eine große Anzahl von Tröpfchen ungefiltert durch das Ausatemventil gelangen, was ihre Wirksamkeit als Mittel zur Quellenkontrolle erheblich verringert.

„Anhand dieser neuesten Studie konnten wir beobachten, dass Gesichtsschutzschilde die anfängliche Vorwärtsbewegung des ausgeatmeten Strahls blockieren können, sich jedoch mit dem Strahl ausgestoßene aerosolisierte Tröpfchen relativ leicht um das Visier bewegen können“, sagte Manhar Dhanak , Ph.D., Abteilungsleiter, Professor und Direktor von SeaTech, der das Papier gemeinsam mit Siddhartha Verma, Ph.D., Hauptautor und Assistenzprofessor, verfasst hat; und John Frankenfeld, ein technischer Fachmann, alle im Fachbereich Meeres- und Maschinenbau der FAU. „Mit der Zeit können sich diese Tröpfchen über ein großes Gebiet sowohl in Quer- als auch in Längsrichtung verteilen, allerdings mit abnehmender Tröpfchenkonzentration.“

Die Forscher testeten auch eine N-95-Gesichtsmaske mit Ausatemventilen und stellten fest, dass die Ausatemöffnung die Wirksamkeit der Maske als Mittel zur Quellenkontrolle erheblich verringerte, da eine große Anzahl von Tröpfchen ungefiltert und ungehindert durch das Ventil gelangte. Bildnachweis: College of Engineering and Computer Science der Florida Atlantic University

Um die Leistung des Gesichtsschutzes zu demonstrieren, verwendeten die Forscher zusätzlich zu einem vertikalen Laserblatt ein horizontales Laserblatt, das zeigt, wie die Tröpfchen die horizontale Ebene kreuzen. Die Forscher beobachteten nicht nur die Vorwärtsausbreitung der Tröpfchen, sie fanden auch heraus, dass sich die Tröpfchen auch in die Rückwärtsrichtung ausbreiteten. Insbesondere behindern Gesichtsschutzschilde die Vorwärtsbewegung der ausgeatmeten Tröpfchen in gewissem Maße und Masken mit Ventilen in noch geringerem Maße. Sobald sie jedoch in die Umwelt gelangen, verteilen sich die aerosolgroßen Tröpfchen je nach leichten Umgebungsstörungen weiträumig.

Wie die in dieser Studie verwendete Gesichtsmaske mit N-95-Einstufung sind auch andere Arten von Masken, wie z. B. bestimmte im Handel erhältliche Masken auf Stoffbasis, mit ein bis zwei Ausatemöffnungen ausgestattet, die sich auf beiden Seiten der Gesichtsmaske befinden. Die in dieser Studie verwendete N95-Gesichtsmaske mit Ausatemventil wies eine kleine Menge ausgeatmeter Tröpfchen auf, die aus dem Spalt zwischen der Oberseite der Maske und dem Nasenrücken austraten. Darüber hinaus verringerte die Ausatemöffnung die Wirksamkeit der Maske als Mittel zur Quellenkontrolle erheblich, da eine große Anzahl von Tröpfchen ungefiltert und ungehindert durch das Ventil gelangte.

Visualisierung der Tröpfchenausbreitung, wenn eine N95-Maske mit Ausatemöffnung verwendet wird, um den austretenden Strahl zu behindern. Bildnachweis: Siddhartha Verma, Manhar Dhanak, John Frankenfield

„Es gibt einen zunehmenden Trend, dass Menschen normale Stoff- oder OP-Masken durch durchsichtige Gesichtsschutzschilder aus Kunststoff ersetzen und Masken verwenden, die mit Ausatemventilen ausgestattet sind“, sagte Verma. „Ein treibender Faktor für diese zunehmende Akzeptanz ist der bessere Komfort im Vergleich zu herkömmlichen Masken. Allerdings weisen Gesichtsschutzschilde auffällige Lücken an der Unterseite und an den Seiten auf, und Masken mit Ausatemöffnungen verfügen über ein Einwegventil, das den Luftstrom beim Einatmen einschränkt, ihn aber zulässt.“ freier Luftaustritt. Die eingeatmete Luft wird durch das Maskenmaterial gefiltert, die ausgeatmete Luft gelangt jedoch ungefiltert durch das Ventil.“

Die Forscher sagen, dass die wichtigste Erkenntnis aus dieser neuesten Studie zeigt, dass Gesichtsschutzschilde und Masken mit Ausatemventilen möglicherweise nicht so wirksam sind wie normale Gesichtsmasken, wenn es darum geht, die Ausbreitung aerosolisierter Tröpfchen einzudämmen. Trotz des erhöhten Komforts, den diese Alternativen bieten, sei es möglicherweise vorzuziehen, gut verarbeitete, qualitativ hochwertige Stoff- oder OP-Masken mit schlichtem Design anstelle von Gesichtsschutzschilden und Masken mit Ausatemventilen zu verwenden. Eine weit verbreitete öffentliche Akzeptanz der Alternativen anstelle von regulären Masken könnte möglicherweise negative Auswirkungen auf die laufenden Bemühungen zur Eindämmung von COVID-19 haben.

„Die von den Professoren Dhanak und Verma durchgeführte Forschung zur Bedeutung angemessener Gesichtsbedeckungen zur Eindämmung der Ausbreitung von COVID-19 hat die Welt buchstäblich erleuchtet“, sagte Stella Batalama, Ph.D., Dekanin des College of Engineering and Computer Science der FAU. „Während die breite Akzeptanz hinsichtlich der Notwendigkeit von Gesichtsbedeckungen stetig gestiegen ist, gibt es einen zunehmenden Trend bei Menschen, die normale Stoff- oder OP-Masken durch durchsichtige Gesichtsschutzschilde aus Kunststoff und durch Masken mit Ausatemventilen ersetzen. Diese neueste Forschung liefert wichtige Beweise dafür.“ Unterstützen Sie weiterhin die CDC-Richtlinien und informieren Sie die Öffentlichkeit, um bei der Wahl von Gesichtsbedeckungen zu ihrem eigenen Nutzen und für die öffentliche Sicherheit eine bessere Auswahl zu treffen.“

Referenz: „Visualisierung der Tröpfchenverteilung für Gesichtsschutz und Masken mit Ausatemventilen“ von Siddhartha Verma, Manhar Dhanak und John Frankenfield, 1. September 2020, Physics of Fluids.DOI: 10.1063/5.0022968