De Wereldgezondheidsorganisatie heeft gewaarschuwd dat de overdracht van COVID-19 door aerosolen wordt onderschat. Als wordt bevestigd dat de aerosolverspreiding significant is, zoals vermoed, we zullen de richtlijnen inzake sociale afstand moeten heroverwegen, ventilatiesystemen en gedeelde ruimtes.

Een groep onderzoekers van de Heriot-Watt University en de University of Edinburgh in het VK is van mening dat er ook een beter begrip nodig is van verschillende druppelgedragingen en hun verschillende verspreidingsmechanismen op basis van druppelgrootte.

In Fysica van vloeistoffen , presenteert de groep een wiskundig model dat duidelijk kleine, middelgrote en grote druppels. Eenvoudige formules kunnen worden gebruikt om het maximale bereik van een druppel te bepalen.

Dit heeft belangrijke implicaties voor het begrijpen van de verspreiding van door de lucht overgedragen ziekten, zoals COVID-19, omdat hun dispersietests de afwezigheid van druppeltjes van gemiddelde grootte aan het licht brachten, zoals verwacht.

"De stromingsfysica van iemand die hoest is complex, met turbulente jets en druppelverdamping, " zei Cathal Cummins, van de Heriot-Watt-universiteit. "En de opkomst van COVID-19 heeft de hiaten in onze kennis van de fysica van transmissie- en mitigatiestrategieën aan het licht gebracht."

Een van die hiaten in de natuurkunde is een duidelijke, eenvoudige beschrijving van waar afzonderlijke druppeltjes naartoe gaan wanneer ze worden uitgeworpen.

"We wilden een wiskundig model ontwikkelen van iemand die ademt dat analytisch kan worden onderzocht om de dominante fysica in het spel te onderzoeken, ' zei Cummins.

Zoals een persoon ademt, ze stoten druppels van verschillende groottes uit die niet noodzakelijk de luchtstroom getrouw volgen.

"We vertegenwoordigen ademhaling als een puntbron van zowel lucht als druppeltjes en hebben een puntafvoer om het effect van extractie van lucht en druppeltjes te modelleren, "Zei Cummins. "Om rekening te houden met hun verschillen in grootte en dichtheid, we gebruiken de Maxey-Riley-vergelijking, die de beweging beschrijft van een kleine maar eindige stijve bol door een vloeistof."

Dit werk geeft onderzoekers een algemeen kader om de druppelverspreiding te begrijpen. De eenvoud van het model laat zien dat bimodaliteit eigenlijk een eigenschap van de druppeltjes zelf kan zijn, en de groep biedt formules om te voorspellen wanneer dergelijke druppeltjes korte afstanden zullen hebben.

"Onze studie toont aan dat er geen lineair verband is tussen druppelgrootte en verplaatsing - waarbij zowel kleine als grote druppeltjes verder reizen dan middelgrote, " zei Felicity Mehendale, co-auteur en academisch chirurg aan de Universiteit van Edinburgh. "We kunnen het ons niet veroorloven om zelfgenoegzaam te zijn over kleine druppeltjes. Persoonlijke beschermingsmiddelen zijn een effectieve barrière voor grote druppeltjes, maar zijn mogelijk minder effectief voor kleine druppeltjes."

Als oplossing, Mehendale kwam op het idee om een ​​aerosolextractor te maken. Het team werkt aan plannen om de aërosolextractor te produceren om clinici te beschermen tijdens een breed scala aan aërosolgenererende procedures die routinematig worden uitgevoerd in de geneeskunde en tandheelkunde. Extractie-eenheden die in de buurt van de druppelbronnen zijn geplaatst, kunnen druppeltjes effectief opvangen, als hun diameter kleiner is dan die van een mensenhaar.

"Dit heeft belangrijke implicaties voor de COVID-19-pandemie, " zei Cummins. "Grotere druppels kunnen gemakkelijk worden opgevangen door PBM's, zoals maskers en gezichtsschermen. Maar kleinere druppeltjes kunnen sommige vormen van PBM binnendringen, dus een extractor zou kunnen helpen de zwakte in onze huidige verdediging tegen COVID-19 en toekomstige pandemieën te verminderen."

Mehendale zei dat een beter begrip van het druppelgedrag zal helpen "de veiligheidsrichtlijnen voor aerosol-genererende procedures te informeren, en het zal relevant zijn tijdens de huidige en toekomstige pandemieën, evenals voor andere infectieziekten. Dit wiskundige model kan ook dienen als basis voor het modelleren van de impact op de druppelverspreiding van ventilatiesystemen die in een reeks klinische ruimtes bestaan."