Efter att ha studerat effektiviteten hos olika lager av masker för att stoppa andningsdroppar från att fly ansiktsmasker, har ett team av internationella forskare nu riktat sin uppmärksamhet mot att modellera vad som händer med droppar när de kommer i kontakt med våta masker. Deras resultat visar att fuktiga masker fortfarande är effektiva för att stoppa dessa droppar från att fly masken och finfördelas till mindre, lättare att sprida aerosoliserade partiklar.

Denna studie undersökte endast effekterna av våta masker på dropppenetration; forskarna noterar att folk bör följa folkhälsoriktlinjerna för att byta mask om den är våt, eftersom våta masker är svårare att andas igenom, mindre effektiva på att filtrera inandningsluft och kan ventilera mer runt maskens kant än torra masker.

"Medan effektiviteten hos olika torra ansiktsmasker har undersökts, saknas en omfattande undersökning av våta masker. Ändå bär användarna masker under långa perioder, och under denna tid blir maskmatrisen blöt på grund av andningsdroppar som frigörs från andning, hostar, nyser etc", skrev ingenjörsteamet från University of California San Diego, Indian Institute of Science och University of Toronto. Forskarna presenterade sina resultat den 21 november vid American Physical Societys 74:e årsmöte för APS Division of Fluid Dynamics. Samma artikel kommer att publiceras i Physical Review Fluids den 7 december

De fann att, kanske kontraintuitivt, våta masker faktiskt gör det svårare för dessa andningsdroppar att penetrera och fly masken och splittras till mindre, aerosoliserade partiklar; forskning har visat att dessa mindre partiklar är mer benägna att sprida SARS-CoV-2-viruset genom att dröja kvar i luften längre än de större dropparna som faller till marken. När de modellerade fysiken bakom varför detta händer, upptäckte de att två mycket olika mekanismer finns för hydrofoba masker som vanliga kirurgiska masker, jämfört med hydrofila masker som tygvarianterna.

För att studera exakt hur väta påverkar dropppenetration, genererade forskarna falska andningsdroppar med hjälp av en sprutpump, som långsamt tryckte vätska genom en nål och på en av tre typer av maskmaterial:en kirurgisk mask och två tygmasker av olika tjocklek. Forskarna registrerade vad som hände när dropparna träffade masken med hjälp av en höghastighetskamera som fångade nedslaget med 4 000 bilder per sekund, och fortsatte att studera det när masken blev fuktig.

De fann att droppar från en hosta eller nysning måste färdas med en högre hastighet för att kunna tryckas genom en mask när den är våt, jämfört med när den är torr. På hydrofoba masker med låg absorptionsförmåga, som kirurgiska masker, bildar andningsdropparna små pärlor på maskens yta, vilket ger extra motstånd för de drabbade dropparna mot eventuell penetrering.

De hydrofila tygmaskerna uppvisar inte denna pärlning; istället absorberar duken vätskan, och det våta området sprider sig när masken absorberar mer volym. Den porösa matrisen hos dessa tygmasker blir fylld med vätska, och dropparna måste därför förskjuta en större volym vätska för att penetrera masken. På grund av detta extra motstånd är penetrationen svagare.

"Sammanfattningsvis visade vi att våta masker är kapabla att begränsa ballistiska andningsdroppar bättre än torra masker", säger Sombuddha Bagchi, första författare till uppsatsen och en maskinteknik Ph.D. student vid Jacobs School of Engineering vid UC San Diego.

"Men vi måste också vara uppmärksamma på sidoläckage och andningsförmåga hos våta masker, som inte undersöktes i vår studie", tillade Abhishek Saha, en medförfattare och professor i mekanik och rymdteknik vid UC San Diego.

Teamet av ingenjörer – som även inkluderar professorerna Swetaprovo Chaudhuri från University of Toronto och Saptarshi Basu från Indian Institute of Science – var väl bevandrade i den här typen av experiment och analyser, även om de var vana vid att studera aerodynamik och fysik hos droppar för applikationer inklusive framdrivningssystem, förbränning eller termiska sprayer. De riktade sin uppmärksamhet mot andningsdropparnas fysik förra året när covid-19-pandemin startade, och sedan dess har de studerat transporten av dessa andningsdroppar och deras roll vid överföring av sjukdomar av covid-19-typ.

I mars 2021 publicerade samma team en artikel i Science Advances som beskriver effektiviteten hos torra masker med ett, två och tre lager för att stoppa andningsdroppar från att penetrera masken. Genom att använda en metod som liknar detta experiment med våtmasker visade de att kirurgiska masker i tre lager är mest effektiva för att stoppa stora droppar från hosta eller nysningar från att finfördelas till mindre droppar. Dessa stora hostdroppar kan penetrera genom enkel- och dubbelskiktsmaskerna och finfördelas till mycket mindre droppar, vilket är särskilt viktigt eftersom dessa mindre aerosoldroppar kan ligga kvar i luften under längre perioder.