Forskare har kommit på ett bättre sätt att testa vilka tyger som fungerar bäst för masker som är avsedda att bromsa spridningen av covid-19. Genom att testa dessa tyger under förhållanden som efterliknar fuktigheten i en persons andetag, forskarna har fått mått som mer exakt återspeglar hur tygerna presterar när de bärs av en levande, person som andas.

De nya mätningarna visar att under fuktiga förhållanden, filtreringseffektiviteten – ett mått på hur väl ett material fångar upp partiklar – ökade med i genomsnitt 33 % i bomullstyger. Syntetiska tyger presterade dåligt i förhållande till bomull, och deras prestanda förbättrades inte med fukt. Materialet från medicinska procedurmasker förbättrades inte heller med fukt, även om den presterade i ungefär samma sortiment som bomull.

Den här studien, utförd av forskare vid National Institute of Standards and Technology (NIST) och Smithsonian's Museum Conservation Institute, publicerades i ACS applicerade nanomaterial .

En tidigare studie av samma forskargrupp visade att masker i två lager gjorda av tätt vävda bomullstyger med en upphöjd tupplur, som flanell, är särskilt effektiva för att filtrera andedräkt. Den studien genomfördes under relativt torra förhållanden i labbet, och dess huvudfynd står fortfarande kvar.

"Bomullstyger är fortfarande ett utmärkt val, ", sa NIST-forskaren Christopher Zangmeister. "Men den här nya studien visar att bomullstyger faktiskt fungerar bättre i masker än vi trodde."

Forskarna testade också om fukt gör tygerna svårare att andas igenom och fann ingen förändring i andningsförmågan.

Centers for Disease Control and Prevention (CDC) rekommenderar att människor bär masker för att bromsa spridningen av covid-19. När den bärs på rätt sätt, dessa masker filtrerar bort några av de virusfyllda dropparna som en infekterad person andas ut och erbjuder också ett visst skydd till bäraren genom att filtrera in inkommande luft.

Denna studie är en av flera, genomförd av NIST och andra organisationer, som bidrog till de första standarderna för tygmasker avsedda att bromsa spridningen av COVID-19. Dessa standarder släpptes nyligen av den standardutvecklande organisationen ASTM International.

Filtreringseffektiviteten hos bomullstyger ökar under fuktiga förhållanden eftersom bomull är hydrofilt, vilket betyder att den gillar vatten. Genom att absorbera små mängder av vattnet i en persons andetag, bomullsfibrer skapar en fuktig miljö inuti tyget. När mikroskopiska partiklar passerar igenom, de absorberar en del av denna fukt och växer sig större, vilket gör dem mer benägna att fastna.

De flesta syntetiska tyger, å andra sidan, är hydrofoba, vilket betyder att de ogillar vatten. Dessa tyger absorberar inte fukt, och deras filtreringseffektivitet förändras inte under fuktiga förhållanden.

För denna studie, teamet testade tygprover, inte riktiga masker. Först, de förberedde tygprover med två lager genom att placera dem i en liten låda där luften hölls vid 99 % luftfuktighet – ungefär samma som en persons utandningsandad. För jämförelse, en andra uppsättning prover framställdes vid 55 % fuktighet. Efter att tygerna nått en jämvikt med den fuktade luften, forskarna placerade dem framför ett rör som avgav luft med ungefär samma hastighet som utandningsluften. Den luften bar saltpartiklar i olika storlekar som är typiska för de droppar som en person andas ut när han andas, prata och hosta. Denna saltpartikelmetod rekommenderas av CDC:s National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) för mätning av filtreringsprestanda hos masktillverkningsmaterial.

Forskarna beräknade filtreringseffektiviteten genom att mäta antalet partiklar i luften före och efter att den passerat genom tyget. De mätte andningsförmågan genom att mäta lufttrycket på båda sidor av tyget när luften passerade genom det.

Forskarna testade nio olika typer av bomullsflanell, som under fuktiga förhållanden ökade sin filtreringseffektivitet från 12 % till 45 %, med en genomsnittlig ökning på 33 %. De testade sex typer av syntetiskt tyg, inklusive nylon, polyester och rayon. Alla presterade dåligt i jämförelse med bomullsflanell oavsett luftfuktighet. Medicinska procedurmasker och N95-respiratormasker gav samma filtreringseffektivitet under både hög och låg luftfuktighet.

Även om förändringen i prestanda för bomullsflanell är stor, de absorberar faktiskt inte särskilt mycket vatten. Under fuktiga förhållanden, en tvålagers bomullsflanellmask absorberar cirka 150 milligram vatten från mänskliga andetag, motsvarande bara en eller två droppar. Om tygmasker faktiskt blir blöta på andra sätt, de kan bli svåra att andas igenom, och CDC rekommenderar att folk inte bär dem för aktiviteter som simning. Om maskerna blir blöta på grund av vädret, de bör ändras.

Även om denna forskning ger användbar information för personer som bär ansiktsmasker, den innehåller också lektioner för forskare som arbetar med att förbättra masker och mäta deras prestanda.

"För att förstå hur dessa material fungerar i den verkliga världen, " sa Zangmeister, "vi måste studera dem under realistiska förhållanden."