Eine neue Studie untersucht, wie effektiv Gesichtsmasken unterschiedlicher Bauart die Übertragung von luftgetragenen Tröpfchen beim Husten und Niesen verhindern.

Aufgrund der Knappheit und der Kosten für medizinische Gesichtsmasken verwenden viele Menschen selbstgemachte Masken, um die Verbreitung oder Ansteckung mit SARS-CoV-2, dem Virus, das COVID-19 verursacht, zu vermeiden.

Bisher gab es relativ wenig offizielle Hinweise darauf, welche Maskendesigns die stärksten Barrieren für eine Infektion bieten, was dazu führte, dass Hobby-Maskenmacher improvisierten.

Eine neue Studie hat nun mit Hilfe von Laservisualisierungsexperimenten die Wirksamkeit von selbstgebauten Masken verschiedener Designs nachgewiesen.

Für den besten Schutz gegen das neue Coronavirus sollte eine Maske gut sitzen und mehrere Lagen gestepptes Gewebe enthalten.

Diese Masken verhindern die Ausbreitung der Infektion in etwa genauso gut wie kommerziell hergestellte kegelförmige Masken, berichten Forscher der Florida Atlantic University (FAU) in Boca Raton in einer Physik der Fluide Studienpapier.

Hauptautor Siddhartha Verma, Assistenzprofessor an der FAU, merkt an: „Während es einige frühere Studien über die Wirksamkeit von medizinischer Ausrüstung gibt, haben wir nicht viele Informationen über die stoffbasierten Abdeckungen, die uns derzeit am zugänglichsten sind.“

„Wir hoffen, dass die in der Arbeit vorgestellten Visualisierungen dabei helfen, das Grundprinzip hinter den Empfehlungen für soziale Distanzierung und die Verwendung von Gesichtsmasken zu vermitteln.“

– Prof. Siddhartha Verma

Strömungsmechanik erzählt die Geschichte

Die Forscher verwendeten einen Laserblattaufbau, der üblicherweise zur Untersuchung der Flüssigkeitsmechanik eingesetzt wird, um das Verhalten von in der Luft befindlichen Atemwegströpfchen zu beobachten, die außerhalb des Labors SARS-CoV-2 enthalten könnten.

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Während diese Tröpfchen vom Kopf einer Schaufensterpuppe „gehustet“ und „geniest“ wurden, zeichneten die Forscher ihre Flugbahn auf.

„Die größte Herausforderung besteht darin, ein Husten und Niesen originalgetreu darzustellen“, sagt Prof. Verma. „[Für] den Aufbau haben wir einen vereinfachten Husten verwendet, der in Wirklichkeit komplex und dynamisch ist.“

Prof. Verma vergleicht die Visualisierung der in der Luft befindlichen Tröpfchen mit der Beobachtung von Staubpartikeln in einem Sonnenstrahl.

Der Forscher räumt ein, dass zwar weitere quantitative Analysen erforderlich sind, um die Beobachtungen seines Teams zu bestätigen, die Visualisierungstechnik aber dennoch lehrreich war.

Dennoch ist es wichtig zu beachten, dass SARS-CoV-2 in feine luftgetragene Partikel aerosolisiert werden kann und dass die vorliegende Studie das Verhalten solcher Partikel nicht dokumentiert hat.

Was die Visualisierung zeigte

Zu Beginn, so Prof. Verma, ist es „wichtig zu verstehen, dass Gesichtsabdeckungen nicht zu 100 % wirksam sind, um Erreger der Atemwege zu blockieren.“

„Deshalb ist es zwingend erforderlich, dass wir eine Kombination aus sozialer Distanzierung, Gesichtsbedeckung, Händewaschen und anderen Empfehlungen der Gesundheitsbehörden anwenden, bis ein wirksamer Impfstoff verfügbar ist.“

Nichtsdestotrotz stellten die Forscher fest, dass:

  • Ohne Gesichtsmasken wurden Tröpfchen bis zu 12 Fuß (ft) von ihrer Quelle weggeschleudert, weit über die oft verwendete soziale Distanzierung von 6 Fuß hinaus. Der durchschnittliche Abstand betrug 8 Fuß.
  • Die Tröpfchen hingen bis zu 3 Minuten in der Luft, bevor sie fielen.
  • Kommerziell hergestellte, handelsübliche Kegelmasken reduzierten die durchschnittliche Tröpfchenprojektion auf nur 8 Zoll (in), obwohl die Forscher einen signifikanten Austritt von Tröpfchen von den Oberseiten und Seiten dieser Masken sahen.
  • Einfache, selbst gebaute Gesichtsmasken reduzierten die Vorwärtsprojektion von Tropfen etwas. Sie wiesen jedoch auch ein erhebliches seitliches und oberes Leck auf.
  • Als das Team ein Bandana aus elastischem T-Shirt-Stoff testete, betrug die durchschnittliche Vorwärtsbewegung 3 ft, 7 in. Bei der Verwendung einer gefalteten Taschentuchmaske aus Baumwolle lag sie bei 1 ft, 3 in.
  • Die effektivsten selbstgemachten Masken bestanden aus zusammengenähten Schichten von Baumwollsteppdecken. Diese reduzierten die Vorwärtsbewegung der Tröpfchen auf nur 2,5 Zoll, eine kürzere Strecke als die Forscher bei kommerziellen Gesichtsmasken beobachteten.
  • Für alle, die hofften, dass Stoffe mit höherer Fadenzahl eine effektivere Abdeckung bieten, legten die Visualisierungen etwas anderes nahe: Die getestete Maske mit der höchsten Fadenzahl war das Bandana, das den Weg der Tröpfchen am schlechtesten behinderte.
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Prof. Verma berichtet, dass sein Team daran interessiert ist, die Studie fortzusetzen und Faktoren einzubeziehen, die sich auf die reale Verbreitung von Atemwegströpfchen auswirken, wie z. B. Verdunstung, Umgebungsluftstrom und Eigenschaften von Atemwegsflüssigkeiten, die sich auf ihr Verhalten auswirken können, wenn sie durch die Luft übertragen werden.

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