Billig ansiktsmask stoppar 85 procent av hostdropparna

Forskare vid LTH har filmat hostningar genom olika ansiktsmasker med extremt hög tidsupplösning – 8 000 bilder per sekund – och hög känslighet med hjälp av laser. Detta har gjort det möjligt att räkna antalet droppar samt mäta deras hastighet med stor noggrannhet. De preliminära resultaten visar att bara 15% av dropparna passerar en billig ansiktsmaskmask. Dessa droppar var vanligtvis så små att de kan ses som aerosoler.

I nuläget är forskarna inte överens om i vilken utsträckning det är droppar, eller mycket mindre aerosoler, som är ansvariga för smittspridningen av SARS-CoV-2. Frågan kompliceras av att droppar som kommer från en hostning eller tal snabbt övergår till aerosoler, i takt med att vattnet i saliven avdunstar.

Det saknas fortfarande mycket kunskap kring hur dessa luftburna aerosoler – innehållande viruspartiklar – beter sig och hur de eventuellt smittar. Dessutom är antalet viruspartiklar som finns inkapslade i hostade droppar samt antalet viruspartiklar som behövs för att starta en infektion två viktiga frågor som behöver besvaras.

VIDEO: SE FILM FRÅN EXPERIMENTET

– Vårt bidrag har varit att extremt detaljerat studera enskilda hostningar. En intressant upptäckt var att antalet genererade droppar varierade betydligt mellan olika människor. Detta ger en potentiell förklaring till varför vissa smittade människor är ”superspridare” och andra inte, säger Edouard Berrocal, universitetslektor vid avdelningen för Förbränningsfysik vid LTH.

Forskargruppen studerar vanligtvis insprutningssystem som används för injektion av flytande bränsle i motorer. De utvecklar och arbetar därför med toppmoderna laseravbildningstekniker som används för att mäta dropparnas storlek, hastighet och koncentration i 2D eller 3D.

– Andra studier har visat att kirurgiska masker blockerar 90-95% av dropparna i en hostning, men vi tror att vårt resultat kan skilja sig något åt eftersom vår mätkänslighet var högre. Att mäta antalet droppar skiljer sig också från att mäta den totala mängden vätska, säger Adrian Roth, doktorand som utvecklat bildanalysalgoritmen för att räkna droppar.

En faktor som inte beaktas i studien är att effektiviteten hos en engångsmask kan variera från typ till typ och antas minska efter att ha använts en tid, eftersom den blir fuktig. En annan viktig parameter relaterad till varför viruset sprider sig bättre på vintern kan kopplas till dropparnas avdunstningshastighet och deras exponering för uv- ljus.

– Beroende på temperatur och luftfuktighet avdunstar droppar i olika takt. Detta kan påverka hur dropparna, och därmed viruset, sprids. Dessutom vet vi inte hur många viruspartiklar som kan finnas i varje droppe, säger David Frantz, doktorand som bidragit till utformningen av experimentet.

– Det finns fortfarande mycket vi behöver förstå om hur detta virus sprider sig. Vårt nästa steg blir att uppskatta storleken på utandade och hostade droppar, deras positioner i 3D och deras initiala hastigheter. Sådana detaljerade experimentdata är nödvändiga för att simulera sannolikheten för att dropparna eller aerosolerna kommer i kontakt med andra människor i olika situationer, säger Edouard Berrocal.

Resultaten är inte publicerade ännu.

Om experimentet:

För att visualisera hostdroppar användes höghastighetsavbildning (8000 bilder per sekund) av det spridda ljuset från droppar som passerar ett laserark (120 mm högt och 1,5 mm tunt). Förutom den höga tidsmässiga upplösningen som möjliggjorde ultrarapidavbildning var en specifik faktor för experimentet att ljuset inte samlades in vid 90 grader, utan vid 55 grader från laserns infallsriktning.

Denna konfiguration gav hög detekteringskänslighet eftersom mikrometerstora droppar mestadels sprider ljus framåt. Detta tillvägagångssätt möjliggjorde detektering av små droppar (med bara några mikrometer i diameter) som annars inte skulle vara synliga.

För att frysa dropparnas rörelse spelas bilder in med 60 mikrosekunders exponeringstid var 125:e mikrosekund; Varje inspelning var cirka 2,25 sekunder vilket gav ungefär 18 000 bilder per inspelad hostning.

För mer information, kontakta: 

Edouard BerrocalFörbränningsfysik, universitetslektor
+46 46 222 03 54
edouard.berrocal@forbrf.lth.se

Lunds universitet grundades 1666 och rankas återkommande som ett av världens 100 främsta lärosäten. Här finns 40 000 studenter och mer än 8 000 medarbetare i Lund, Helsingborg och Malmö. Vi förenas i vår strävan att förstå, förklara och förbättra vår värld och människors villkor.

Prenumera gärna på vårt nyhetsbrev Apropå! där några av universitetets 5000 forskare kommenterar aktuella samhällshändelser samt belyser viktiga, och ibland bortglömda, frågor.