Πώς οι μάσκες φιλτράρουν μικρόβια μικρότερα από τους πόρους τους;

Οι μάσκες φιλτράρουν μικρόβια μικρότερα από το μέγεθος των πόρων τους χρησιμοποιώντας διάφορες φυσικές ιδιότητες. Οι μάσκες, είτε πρόκειται για ειδικές χειρουργικές μάσκες είτε για βαμβακερές μάσκες, μπορούν να φορτιστούν ηλεκτροστατικά που μπορούν να προσελκύσουν τις φορτισμένες επιφάνειες των μικροβίων και στη συνέχεια να τις παγιδεύσουν στην ίνα της μάσκας.

Αν ο Doctor Who επέστρεφε με το T.A.R.D.I.S του για το έτος 2020, θα κατασκόπευε ένα αρκετά ενδιαφέρον θέαμα — μικρούς και μεγάλους αθλητικές μάσκες. Αν και είναι υποχρεωτικό, οι άνθρωποι έχουν εργαστεί για να το κάνουν μέρος των δηλώσεων μόδας τους. Έχετε δει τα μοτίβα και τα σχέδια που έχουν βρει οι άνθρωποι;

Για μεγάλο χρονικό διάστημα, οι μάσκες προσώπου (εκτός από βιομηχανικούς και θεατρικούς σκοπούς) χρησιμοποιούνται αποκλειστικά από την ιατρική και την ερευνητική βιομηχανία.

Φέτος, ωστόσο, το μέγεθος της παγκόσμιας αγοράς μάσκας προσώπου μιας χρήσης ξεπέρασε την αξία των 74,90 δισεκατομμυρίων δολαρίων το πρώτο τρίμηνο του 2020. Επιπλέον, αναμένεται να αυξηθεί με ετήσιο ρυθμό ανάπτυξης 53,0% από το 2020 έως το 2027! Από απλά μοτίβα μέχρι αριστουργήματα με στρας, από επώνυμα μέχρι βασικά DIY, οι μάσκες προσώπου είναι παντού! Καλώς ή κακώς, έχουν γίνει πλέον παγκόσμια τάση της μόδας.

(Φωτογραφία:Patuss89 &Victoria Chudinova &lakshmiprasada S/Shutterstock)

• Μάσες προσώπου με απλά σχέδια.
• Μάσκα προσώπου επώνυμων σχεδιαστών με στρας.
• Κορίτσι που φτιάχνει μια DIY μάσκα προσώπου.

Η πανδημία έκανε τη χρήση μάσκας απαραίτητη, αλλά ήταν οι μάσκες τάση πολύ πριν από σήμερα; Και λειτουργούν πραγματικά; Ας αποκαλύψουμε μερικές από αυτές τις απαντήσεις μαζί!

Μια σύντομη ιστορία των μασκών προσώπου

Η παλαιότερη γνωστή καταγραφή ενός αντικειμένου που μοιάζει με μάσκα βρέθηκε τον 6ο αιώνα. Στις πόρτες των Περσικών τάφων βρέθηκαν εικόνες ανθρώπων με υφάσματα που καλύπτουν το στόμα τους. Τον 12ο αιώνα, κατά τη διάρκεια της δυναστείας Γιουάν στην Κίνα, οι υπηρέτες ήταν γνωστό ότι τοποθετούσαν ένα μεταξωτό μαντήλι στη μύτη τους για να τους εμποδίσουν να μυρίσουν το φαγητό του κυρίου τους.

Ωστόσο, ήταν με τη μεγάλη πανούκλα του 14ου αιώνα που οι μάσκες πήραν μια πιο απόκοσμη τροπή. Οι γιατροί της πανούκλας φορούσαν εξοπλισμό που έμοιαζε με ράμφος (που τους χάρισε το όνομα μάσκες με ράμφος) που περιείχε αρωματικά υλικά όπως κανέλα και φύλλα μέντας για να αποκρούσουν το μίασμα ή την προσβολή που είχε μολύνει τον αέρα. Ωστόσο, ήταν ο 19ος αιώνας που άρχισε να χρησιμοποιεί μάσκες για την πρόληψη κατά των ασθενειών.

Plague Doctor’s Beak mask &Cross-section of beak mask (Photo Credit :Shutterstock)

Ιστορία όχι πολύ παλιά

Οι βακτηριολόγοι του 18ου αιώνα Joseph Lister στη Βρετανία και ο Louis Pasteur στη Γαλλία διαπίστωσαν ανεξάρτητα ότι μικροσκοπικά αόρατα βακτήρια ήταν η αιτία ορισμένων ασθενειών. Βασιζόμενος στη δουλειά τους, ο βακτηριολόγος Carl Flügge έδειξε ότι τα αναπνεύσιμα σταγονίδια μεταφέρουν βακτήρια.

Αυτό έγινε περισσότερο κατανοητό όταν ο κόσμος επλήγη από δύο μεγάλες επιδημίες - την πανώλη της Μαντζουρίας του 1910-1911 και την ισπανική γρίπη του 1918-1919. Οι χειρουργικές μάσκες που χρησιμοποιήθηκαν τότε κατασκευάζονταν από πολλά στρώματα βαμβακερής γάζας και συγκρατήθηκαν στη θέση τους από ένα μεταλλικό πλαίσιο. Μέχρι τη δεκαετία του 1930, οι επαναχρησιμοποιήσιμες μάσκες αντικαταστάθηκαν από μάσκες μιας χρήσης και μέχρι τη δεκαετία του 1960 κατασκευάζονταν χύμα από συνθετικά υλικά.

Γιατί χρειαζόμαστε μάσκες;

Όταν ο Carl Flügge ανακάλυψε ότι οι ασθένειες μεταδίδονται στον αέρα, έστειλε ένα κύμα αφύπνισης στην ιατρική σχολή. Η ιδέα των «μάσκες για την πρόληψη των λοιμώξεων» έγινε δημοφιλής στον ιατρικό τομέα και στις μάζες.

Η επιστήμη έχει τώρα ανακαλύψει ότι η μετάδοση μέσω του αέρα μπορεί να πραγματοποιηθεί με δύο τρόπους. Μπορεί να συμβεί είτε μέσω του σχηματισμού μεγάλων σταγονιδίων που είναι πιθανό να καθιζάνουν σε επιφάνειες είτε μέσω αερολυμάτων (που σχηματίζονται από την ανάμειξη μικροσκοπικών στερεών και υγρών σωματιδίων) που αποβάλλονται κατά τον βήχα.

Αυτή η πρόσφατη μελέτη προσδιόρισε ότι η μέση ταχύτητα με την οποία βήχονταν ή φτερνίζονταν τα αερολύματα στον αέρα ήταν μεγαλύτερη από 15 m/s ή 54 km/h. Αυτό ισοδυναμεί με την ταχύτητα ενός φορτηγού σε αυτοκινητόδρομο!

Διαπίστωσαν ότι ο βήχας διασκορπίζει σταγονίδια αέρα 22-27% πιο γρήγορα από την ομιλία και η ταχύτητα βήχα ήταν μεγαλύτερη όταν το θέμα ήταν ψηλότερο. Όσο μικρότερο είναι το μέγεθος του σωματιδίου, τόσο περισσότερο θα παραμείνει στον αέρα.

Έτσι, ένας απλός βήχας μπορεί να εξαπλωθεί σε μεγάλη απόσταση και τα αποτελέσματα είναι ακόμη πιο επικίνδυνα αν το άτομο είναι ψηλό. Επιπλέον, δεδομένου ότι τα μικρόβια δεν έρχονται ακριβώς σε χρώματα νέον, κανείς δεν μπορεί ποτέ να μαντέψει πού μπορεί να κρύβονται ή να επιπλέουν!

Έκταση διασποράς του βήχα. (Φωτογραφία:Nasky/Shutterstock)

Οι σύγχρονες μάσκες μας κρατούν πραγματικά τα μικρόβια μακριά;

Συστατικά μάσκας N95.

Το μεγαλύτερο γνωστό βακτήριο (που βρίσκεται σε μια βαθιά υφαλοκρηπίδα) είναι 100-300 μικρά, αλλά το μέγεθος ενός μέσου καθημερινού βακτηρίου είναι περίπου 5 μικρά. Για να το θέσουμε στο πλαίσιο, ο μεγαλύτερος ιός είναι μόνο 0,39 μικρά!

Από την άλλη πλευρά, οι πόροι σε μια τυπική βαμβακερή μάσκα έχουν μέγεθος περίπου 80 μικρά. Οι χειρουργικές μάσκες, από την άλλη πλευρά, είναι κατασκευασμένες από συνθετικές ίνες που μπορεί να έχουν πόρους μικρότερους από ένα μικρό σε μέγεθος. Για σύγκριση, μια τρίχα είναι 50 μικρά.

Εάν οι πόροι είναι τόσο μεγάλοι, ειδικά σε μια βαμβακερή μάσκα, τα βακτήρια και οι ιοί θα μπορούσαν να εισέλθουν αρκετά εύκολα, σωστά; Πώς εξακολουθούν να λειτουργούν λοιπόν αυτοί οι τύποι μάσκες;

Η αποτελεσματικότητα του φιλτραρίσματος μιας μάσκας δεν εξαρτάται μόνο από το μέγεθος των πόρων. Η αποτελεσματική διήθηση πραγματοποιείται όταν προστίθενται πολλαπλές στρώσεις. Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των στρώσεων, τόσο μεγαλύτερη είναι η χωρητικότητα για φιλτράρισμα.

Σε μικροσκοπική κλίμακα, τα σωματίδια επηρεάζονται από τα μόρια στα οποία βυθίζονται. Για έναν ιό ή βακτήρια στον αέρα, τα μόρια αερίου και άλλα σωματίδια σκόνης που περιβάλλουν το παθογόνο θα προσκρούσουν τυχαία σε αυτό.

Τα μικρότερα σωματίδια έχουν μεγαλύτερη δύναμη, καθώς είναι ελαφρύτερα, και θα πάρουν ένα τυχαίο σχέδιο κίνησης. Αυτό ονομάζεται κίνηση Brown. Όλα τα μικροσκοπικά μόρια εμφανίζουν τέτοια τυχαία κίνηση επειδή χτυπιούνται τυχαία από μόρια αερίου (ή άλλα μόρια ρευστού όπως νερό, λάδι κ.λπ.).

Όταν ο αέρας ρέει μέσα από τις ίνες της μάσκας, καταλαμβάνει χώρο, γεγονός που αναγκάζει τις ίνες να διαστέλλονται σε κυκλικό σχήμα. Αυτό δημιουργεί μια μικροτσέπη στη δομή των ινών. Με τον αέρα να ρέει μέσα και την κίνηση Brown να σπρώχνει το μικρόβιο τυχαία (που αντιπροσωπεύεται από τη βιολετί γραμμή στην παρακάτω εικόνα), οι πιθανότητες του μικροβίου να παγιδευτεί από την ίνα είναι πολύ μεγαλύτερες.

Παγίδευση σωματιδίων λόγω κίνησης Brown.

Ένας άλλος τύπος μάσκας που το Εθνικό Ινστιτούτο για την Ασφάλεια και την Υγεία στην Εργασία συνιστά στους εργαζόμενους στον τομέα της υγείας είναι η μάσκα N95. Το N στο N95 σημαίνει «non-oil» και σημαίνει ότι για να λειτουργήσει αποτελεσματικά η μάσκα, πρέπει να εκτεθεί σε αεροζόλ που δεν βασίζεται σε λάδι. Το 95 υποδηλώνει την αποτελεσματικότητα του φιλτραρίσματος κατά 95%.

Αυτές οι μάσκες φιλτράρουν σωματίδια μεγέθους έως και 0,3 microns! Το υλικό αυτής της μάσκας είναι ελαφρώς διαφορετικό από μια χειρουργική μάσκα. Είναι ηλεκτροστατική μη υφασμένη ίνα πολυπροπυλενίου. Αυτή η ίνα φορτίζεται ηλεκτροστατικά με μια διαδικασία που ονομάζεται ηλεκτροϊνοποίηση, μια επίδραση που μοιάζει με το να παίρνεις το χέρι σου κοντά σε μια οθόνη τηλεόρασης και να βλέπεις τα μαλλιά να σηκώνονται ή να μαζεύουν κομμάτια χαρτιού με μια χτένα αφού τα περάσεις στα μαλλιά σου.

Σε κάθε μία από αυτές τις περιπτώσεις, ένα μέσο - οι ίνες της μάσκας, σε αυτήν την περίπτωση - φορτίζεται αρνητικά και προσελκύει τα θετικά φορτισμένα σωματίδια - το μικρόβιο. Σε συνδυασμό με την κίνηση Brown που βιώνει το σωματίδιο, έχουμε καλύτερη διήθηση.

Λειτουργία μασκών N95.

Εκτός από τις χειρουργικές μάσκες και τις μάσκες N95, το CDC και ο ΠΟΥ συνιστούν τη χρήση υφασμάτινων μασκών για εργαζόμενους που δεν εργάζονται στον τομέα της υγείας. Αν και οι σπιτικές υφασμάτινες μάσκες δεν είναι τόσο αποτελεσματικές όσο οι χειρουργικές μάσκες ή οι μάσκες N95, είναι επαναχρησιμοποιήσιμες και μπορούν να είναι αποτελεσματικές εάν ακολουθηθούν οι οδηγίες του CDC για την κατασκευή τους.

Μπορείτε να βρείτε τις οδηγίες του CDC για την επιλογή, τη χρήση και το πλύσιμο σπιτικών μασκών εδώ.

Το CDC προτρέπει τους ανθρώπους να μην χρησιμοποιούν κρίσιμα εφόδια, όπως χειρουργικές μάσκες και αναπνευστήρες N95, και αντ' αυτού να τα κρατούν για τους εργαζόμενους στον τομέα της υγειονομικής περίθαλψης και άλλους ανταποκριτές πρώτης γραμμής.

Τώρα, την επόμενη φορά που θα φορέσετε τη μάσκα DIY σας, μπορείτε να είστε σίγουροι ότι θα σας καλύψει!