Tidsutveckling av hosta när du bär en ansiktsmask. Kredit:Tomas Solano
I sin uppdaterade vägledning i början av 2022 sa U.S. Centers for Disease Control and Prevention att löst vävda tygmasker erbjuder det minsta skyddet mot COVID-19, och N95- och KN95-masker ger det mest skydd. Ändå, efter mer än två år sedan pandemin började, finns det inte en fullständig förståelse för maskens egenskaper för det mest optimala skyddet.
I Physics of Fluids , forskare vid Florida State University och Johns Hopkins University använder principal component analysis (PCA) tillsammans med vätskedynamiksimuleringsmodeller för att visa den avgörande betydelsen av korrekt passform för alla typer av masker och hur ansiktsformen påverkar den mest idealiska passformen.
Studien tyder på att dubbelmaskering med felaktigt monterade masker kanske inte förbättrar maskens effektivitet avsevärt och ger en falsk känsla av säkerhet.
Fler lager innebär en mindre porös ansiktsbeläggning, vilket leder till att mer flöde tvingas ut ur omkretsspalterna (sidor, topp och botten) i masker med en mindre säker passform. Dubbla lager ökar filtreringseffektiviteten endast med bra maskpassform men kan också leda till andningssvårigheter.
Forskarna modellerade en måttlig hoststråle från munnen på en vuxen man som bar en tygmask över näsan och munnen med elastiska band lindade runt öronen. De beräknade de maximala volymflödeshastigheterna genom framsidan av masken och perifera mellanrum vid olika materialporositetsnivåer.
För en mer realistisk 3D-ansiktsform och storlek använde forskarna PCA som integrerade 100 vuxna manliga och 100 vuxna kvinnliga huvuden hämtade från huvudskanningsdata vid Basel University i Schweiz. PCA kondenserar stora uppsättningar av variabler samtidigt som det mesta av informationen behålls.
Deras modell visade hur den lätta asymmetri som är typisk i alla ansiktsstrukturer kan påverka korrekt maskpassning. Till exempel kan en mask ha en tätare passform på vänster sida av ansiktet än på höger sida.
"Ansiktsasymmetri är nästan omärklig för ögat men är uppenbar av hostflödet genom masken", säger medförfattaren Tomas Solano, från Florida State University. "I det här speciella fallet är det enda ofiltrerade läckaget som observeras genom toppen. Men för olika ansiktsformer är läckage genom maskens botten och sidor också möjligt."
Att skapa "designermasker" anpassade till varje persons ansikte är inte praktiskt i skala. Ändå kan PCA-baserade simuleringar användas för att designa bättre masker för olika populationer genom att avslöja generella skillnader mellan män och kvinnor eller barn kontra äldre ansiktsstrukturer och det tillhörande luftflödet genom masker. + Utforska vidare
