Forskare som studerar vätskans fysik lär sig varför vissa situationer ökar risken för att droppar överför sjukdomar som COVID-19.

Vid det 73:e årsmötet i American Physical Society's Division of Fluid Dynamics, forskarna erbjöd nya bevis som visar varför det är farligt att träffas inomhus - särskilt om det är kallt och fuktigt, och även om du är mer än två meter från andra människor. De föreslog vilka masker som skulle fånga de mest smittsamma dropparna. Och de gav nya verktyg för att mäta superspridare.

"Nuvarande epidemiologiska modeller för infektiösa luftvägssjukdomar tar inte hänsyn till den underliggande flödesfysiken för sjukdomstransmission, "sade professor i teknik, Swetaprovo Chaudhuri vid University of Toronto, en av forskarna.

Men vätskor och deras dynamik är avgörande för att forma patogentransport, som påverkar smittsam sjukdomssändning, förklarade matematisk fysiker och professor Lydia Bourouiba, Direktör för The Fluid Dynamics of Disease Transmission Laboratory på MIT. Hon höll ett inbjudet föredrag om arbetet som hon har producerat under de senaste tio åren för att belysa vätskedynamiken för infektionssjukdomar och sjukdomsöverföring.

"Mitt arbete har visat att utandningar inte är isolerade droppar utan faktiskt kommer ut som en turbulent, flerfasigt moln. Detta gasmoln är avgörande för att öka räckvidden och ändra avdunstningsfysiken hos dropparna i det, "sa Bourouiba." I samband med luftvägsinfektionssjukdomar, särskilt nu COVID-19, detta arbete understryker vikten av att ändra distans- och skyddsriktlinjer baserade på forskning om vätskedynamik, särskilt när det gäller närvaron av detta moln. "

Bourouiba presenterade exempel från en rad infektionssjukdomar inklusive COVID-19 och diskuterade upptäckten att utandning involverar olika flödesregimer, förutom rik ostadig vätskefragmentering av komplex slemhinnevätska. Hennes forskning avslöjar betydelsen av gasfasen, som helt kan förändra den fysiska bilden av utandning och droppar.

Nordiska institutet för teoretisk fysikforskare Dhrubaditya Mitra och hans team insåg att de kunde använda de matematiska ekvationerna som styr parfym för att beräkna hur lång tid det skulle ta för virala droppar att nå dig inomhus. Det visar sig:inte särskilt länge alls.

Parfym som bärs av någon vid nästa bord eller skåp når näsan tack vare turbulens i luften. Fina droppar sprutade av en infekterad person sprids på samma sätt. Forskarna fann att under ett relativt avstånd som kallas integralskalan, droppar rör sig ballistiskt och mycket snabbt.

Även över den integrerade skalan, det finns fara. Tänk på ett exempel där den integrerade skalan är två meter. Om du stod tre meter - knappt tio fot - från en smittad person, deras droppar skulle nästan säkert nå dig på ungefär en minut.

"Det visade oss hur meningslösa de flesta sociala distansregler är när vi väl är inomhus, "sa Mitra, som genomförde forskningen med kollegan Akshay Bhatnagar vid Nordic Institute for Theoretical Physics och Akhilesh Kumar Verma och Rahul Pandit vid Indian Institute of Science.

Förutom att resa längre och snabbare, droppar kan också överleva längre inomhus än man tidigare trott.

Forskning på 1930 -talet analyserade hur länge andningsdroppar överlever innan de avdunstar eller träffar marken. De nästan hundra år gamla fynden utgör grunden för vårt nuvarande mantra att "hålla sig sex meter bort" från andra.

Fysiker från University of Twente återbesökte frågan. De utförde en numerisk simulering som indikerar att droppens livslängd kan förlängas mer än 100 gånger längre än vad 1930 -talets standarder skulle föreslå.

"Nuvarande regler för social distansering är baserade på en modell som nu bör vara föråldrad, sa fysikern Detlef Lohse, som ledde laget.

I ett kallt och fuktigt utrymme, utandade droppar avdunstar inte lika snabbt. Den heta fuktiga puffen som produceras skyddar också droppar och förlänger deras livslängd, liksom kollektiva effekter.

Vissa droppar är mer benägna än andra att göra dig sjuk. University of Toronto Chaudhuri, med forskare från Indian Institute of Science och University of California San Diego, undersökt varför, med hjälp av experiment med droppar med människors saliv och beräkningsanalyser.

De fann att några av de mest infektiösa dropparna börjar med 10 till 50 mikron i storlek. "Med vissa antaganden, det verkar som om alla bär en mask som kan förhindra utmatning av alla droppar över 5 mikron, pandemikurvan kan plattas ut, sa Chaudhuri.

Torkade dropprester utgör också en allvarlig risk:Den kvarstår mycket längre än droppar själva och kan infektera ett stort antal människor om viruset förblir starkt.

Teamet använde sina fynd för att utveckla en sjukdomsöverföringsmodell. "Vårt arbete kopplar ihop mikroskopdroppens fysik och dess grundläggande roll för att bestämma smittspridningen i makroskala, sa Chaudhuri.

För att bättre förstå droppdynamiken i COVID-19-pandemin, ett team från Northwestern University och University of Illinois i Urbana-Champaign testade kapaciteten hos en ny bärbar enhet. Den tunna, trådlös, Den flexibla sensorn fästs som en klistermärke i botten av nacken för att fånga vitala signaler. Pågående kliniska studier använder enheten med sjukhuspatienter.

Teamet fann att enheten skiljer mellan hosta, talande, skrattande, och andra andningsaktiviteter med sina maskininlärningsalgoritmer. Forskare använde partikelspårningshastighet och en decibelmätare för att analysera droppar som produceras av apparatbärare.

"Olika typer av tal kan generera drastiskt olika antal och dynamik hos droppar, "sa biomedicinsk ingenjörsforskare Jin-Tae Kim, som ledde utredningen.

Enheten kan hjälpa till att belysa varför vissa individer blir ovanligt smittsamma-de så kallade superspridarna. "Våra fynd behandlar vidare det kritiska behovet av kontinuerliga hudintegrerade sensorer för att bättre förstå pandemin, sa Kim.