Onderzoekers hebben een betere manier bedacht om te testen welke stoffen het beste werken voor maskers die bedoeld zijn om de verspreiding van COVID-19 te vertragen. Door die stoffen te testen onder omstandigheden die de vochtigheid van iemands adem nabootsen, de onderzoekers hebben metingen verkregen die nauwkeuriger weergeven hoe de stoffen presteren wanneer ze door een levend worden gedragen, ademend persoon.

De nieuwe metingen tonen aan dat onder vochtige omstandigheden, de filtratie-efficiëntie - een maatstaf voor hoe goed een materiaal deeltjes vangt - nam toe met gemiddeld 33% in katoenen stoffen. Synthetische stoffen presteerden slecht in vergelijking met katoen, en hun prestaties verbeterden niet met vochtigheid. Het materiaal van maskers voor medische procedures verbeterde ook niet met vochtigheid, hoewel het in ongeveer hetzelfde bereik presteerde als katoen.

Deze studie, uitgevoerd door wetenschappers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) en het Smithsonian's Museum Conservation Institute, werd gepubliceerd in ACS toegepaste nanomaterialen .

Een eerdere studie door hetzelfde onderzoeksteam toonde aan dat dubbellaagse maskers gemaakt van strak geweven katoenen stoffen met een verhoogd dutje, zoals washandjes, zijn bijzonder effectief bij het filteren van de adem. Die studie werd uitgevoerd onder relatief droge omstandigheden in het laboratorium, en de belangrijkste bevinding staat nog steeds.

"Katoenen stoffen zijn nog steeds een goede keuze, " zei NIST-onderzoeker Christopher Zangmeister. "Maar deze nieuwe studie toont aan dat katoenen stoffen eigenlijk beter presteren in maskers dan we dachten."

De onderzoekers hebben ook getest of vochtigheid de stoffen moeilijker maakt om door te ademen en vonden geen verandering in het ademend vermogen.

De Centers for Disease Control and Prevention (CDC) beveelt mensen aan om maskers te dragen om de verspreiding van COVID-19 te vertragen. Wanneer correct gedragen, die maskers filteren enkele van de met virus gevulde druppeltjes die een geïnfecteerde persoon uitademt weg en bieden ook enige bescherming aan de drager door de binnenkomende lucht te filteren.

Deze studie is een van de vele, uitgevoerd door NIST en andere organisaties, die hebben bijgedragen aan de eerste normen voor stoffen maskers die bedoeld zijn om de verspreiding van COVID-19 te vertragen. Die normen zijn onlangs vrijgegeven door de normontwikkelingsorganisatie ASTM International.

De filtratie-efficiëntie van katoenen stoffen neemt toe in vochtige omstandigheden omdat katoen hydrofiel is, wat betekent dat hij van water houdt. Door kleine hoeveelheden water in iemands adem op te nemen, katoenvezels creëren een vochtige omgeving in de stof. Terwijl microscopisch kleine deeltjes passeren, ze nemen een deel van dit vocht op en worden groter, waardoor ze meer kans hebben om vast te komen zitten.

De meeste synthetische stoffen, anderzijds, zijn hydrofoob, wat betekent dat ze een hekel hebben aan water. Deze stoffen nemen geen vocht op, en hun filtratie-efficiëntie verandert niet in vochtige omstandigheden.

Voor deze studie is het team testte stofstalen, geen echte maskers. Eerst, ze maakten dubbellaagse stofstalen door ze in een kleine doos te plaatsen waar de lucht op 99% vochtigheid werd gehouden - ongeveer hetzelfde als de uitgeademde adem van een persoon. Ter vergelijking, een tweede set stalen werd bereid bij een vochtigheid van 55%. Nadat de stoffen een evenwicht hadden bereikt met de bevochtigde lucht, de onderzoekers plaatsten ze voor een pijp die lucht uitstraalde met ongeveer dezelfde snelheid als de uitgeademde adem. Die lucht bevatte zoutdeeltjes in een reeks van groottes die typerend zijn voor de druppeltjes die een persoon uitademt bij het ademen, praten en hoesten. Deze methode met zoutdeeltjes wordt aanbevolen door het National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) van de CDC voor het meten van de filtratieprestaties van materialen voor het maken van maskers.

De onderzoekers berekenden de filtratie-efficiëntie door het aantal deeltjes in de lucht te meten voor en nadat het door de stof ging. Ze maten het ademend vermogen door de luchtdruk aan beide zijden van de stof te meten terwijl de lucht er doorheen ging.

De onderzoekers testten negen verschillende soorten katoenflanel, die onder vochtige omstandigheden hun filtratie-efficiëntie verhoogden van 12% tot 45%, met een gemiddelde stijging van 33%. Ze testten zes soorten synthetische stoffen, inclusief nylon, polyester en rayon. Alle presteerden slecht in vergelijking met katoenflanel, ongeacht de vochtigheid. Maskers voor medische procedures en N95-ademhalingsmaskers zorgden voor dezelfde filtratie-efficiëntie onder zowel hoge als lage luchtvochtigheid.

Hoewel de prestatieverandering voor katoenen washandjes groot is, ze nemen niet echt veel water op. Onder vochtige omstandigheden, een tweelaags katoenen flanellen masker absorbeert ongeveer 150 milligram water uit de menselijke adem, het equivalent van slechts één of twee druppels. Als stoffen maskers op andere manieren nat worden, ze kunnen moeilijk worden om door te ademen, en de CDC adviseert dat mensen ze niet dragen voor activiteiten zoals zwemmen. Als maskers nat worden door het weer, ze moeten worden gewijzigd.

Hoewel dit onderzoek nuttige informatie oplevert voor mensen die gezichtsmaskers dragen, het bevat ook lessen voor wetenschappers die werken aan het verbeteren van maskers en het meten van hun prestaties.

"Om te begrijpen hoe deze materialen in de echte wereld presteren, "Zangmeister zei:"we moeten ze onder realistische omstandigheden bestuderen."