Världshälsoorganisationen har varnat för att aerosolöverföring av covid-19 underskattas. Om spridningen av aerosoler bekräftas vara betydande, som misstänkt, vi kommer att behöva ompröva riktlinjerna för social distansering, ventilationssystem och delade utrymmen.

En grupp forskare från Heriot-Watt University och University of Edinburgh i Storbritannien anser att en bättre förståelse för olika droppbeteenden och deras olika spridningsmekanismer baserade på droppstorlek också behövs.

I Vätskors fysik , gruppen presenterar en matematisk modell som tydligt avgränsar små-, medelstora och stora droppar. Enkla formler kan användas för att bestämma en droppes maximala räckvidd.

Detta har viktiga konsekvenser för att förstå spridningen av luftburna sjukdomar, som COVID-19, eftersom deras spridningstest avslöjade frånvaron av medelstora droppar, som förväntat.

"Flödesfysiken för någon som hostar är komplex, involverar turbulenta jetstrålar och droppavdunstning, sa Cathal Cummins, vid Heriot-Watt University. "Och ökningen av COVID-19 har avslöjat luckorna i vår kunskap om överförings- och begränsningsstrategiernas fysik."

En sådan lucka i fysiken är en tydlig, enkel beskrivning av vart enskilda droppar går när de kastas ut.

"Vi ville utveckla en matematisk modell av någon som andas som kan utforskas analytiskt för att undersöka den dominerande fysiken som spelar, " sa Cummins.

När en person andas, de avger droppar i olika storlekar som inte nödvändigtvis följer luftflödet troget.

"Vi representerar andning som en punktkälla för både luft och droppar och inkluderar en punktsänka för att modellera effekten av extraktion av luft och droppar, ", sa Cummins. "För att ta hänsyn till skillnaderna i storlek och densitet, vi använder Maxey-Rileys ekvation, som beskriver rörelsen av en liten men ändlig styv sfär genom en vätska."

Detta arbete ger forskare en generell ram för att förstå droppspridningen. Modellens enkelhet visar att bimodalitet faktiskt kan vara en egenskap hos själva dropparna, och gruppen tillhandahåller formler för att förutsäga när sådana droppar kommer att ha kort räckvidd.

"Vår studie visar att det inte finns ett linjärt samband mellan droppstorlek och förskjutning - med både små och stora droppar som reser längre än medelstora, "sa Felicity Mehendale, medförfattare och akademisk kirurg vid University of Edinburgh. "Vi har inte råd att vara nöjda med små droppar. PPE är en effektiv barriär mot stora droppar men kan vara mindre effektiv för små."

Som en lösning, Mehendale kom på idén att skapa en aerosolextraktionsanordning. Teamet arbetar med planer på att tillverka aerosolextraktorn för att hålla läkare säkra under ett brett utbud av aerosolgenererande procedurer som rutinmässigt utförs inom medicin och tandvård. Extraktionsenheter placerade nära droppkällorna kan effektivt fånga droppar, om deras diameter faller under ett människohår.

"Detta har viktiga konsekvenser för covid-19-pandemin, "sa Cummins." Större droppar skulle lätt fångas av PPE, såsom masker och ansiktsskydd. Men mindre droppar kan penetrera vissa former av personlig skyddsutrustning, så en extraktor kan hjälpa till att minska svagheten i vårt nuvarande försvar mot covid-19 och framtida pandemier."

Mehendale sa att en bättre förståelse av droppbeteendet kommer att hjälpa "informera säkerhetsriktlinjerna för aerosolgenererande procedurer, och det kommer att vara relevant under nuvarande och framtida pandemier, liksom för andra infektionssjukdomar. Denna matematiska modell kan också tjäna som grund för att modellera påverkan på droppspridning av ventilationssystem som finns inom en rad kliniska utrymmen."