Dopo aver studiato l'efficacia di vari strati di maschere nell'impedire alle goccioline respiratorie di fuoriuscire dalle maschere, un team di ricercatori internazionali ha ora rivolto la propria attenzione alla modellazione di ciò che accade alle goccioline quando entrano in contatto con le maschere bagnate. I loro risultati mostrano che le maschere umide sono ancora efficaci nell'impedire a queste goccioline di fuoriuscire dalla maschera e di essere atomizzate in particelle aerosolizzate più piccole e più facili da diffondere.

Questo studio ha studiato solo gli effetti delle maschere bagnate sulla penetrazione delle goccioline; i ricercatori osservano che le persone dovrebbero seguire le linee guida della salute pubblica per cambiare la maschera se è bagnata, poiché le maschere bagnate sono più difficili da respirare, meno efficienti nel filtrare l'aria inalata e possono ventilare di più attorno al bordo della maschera rispetto alle maschere asciutte.

"Mentre è stata esplorata l'efficacia di varie maschere facciali asciutte, manca un'indagine completa sulle maschere bagnate. Tuttavia, gli utenti indossano maschere per lunghi periodi di tempo e durante questo periodo la matrice della maschera si bagna a causa delle goccioline respiratorie rilasciate dalla respirazione, tosse, starnuti, ecc", ha scritto il team di ingegneri dell'Università della California di San Diego, dell'Indian Institute of Science e dell'Università di Toronto. I ricercatori hanno presentato i loro risultati il ​​21 novembre al 74° incontro annuale della divisione APS di fluidodinamica dell'American Physical Society. Lo stesso documento sarà pubblicato in Physical Review Fluids il 7 dicembre.

Hanno scoperto che, forse controintuitivamente, le maschere bagnate in realtà rendono più difficile la penetrazione e la fuoriuscita di queste goccioline respiratorie dalla maschera, scheggiandosi in particelle aerosolizzate più piccole; la ricerca ha dimostrato che queste particelle più piccole hanno maggiori probabilità di diffondere il virus SARS-CoV-2 rimanendo nell'aria più a lungo rispetto alle goccioline più grandi che cadono a terra. Nel modellare la fisica alla base del motivo per cui ciò accade, hanno scoperto che sono presenti due meccanismi molto diversi per le maschere idrofobiche come le comuni maschere chirurgiche, rispetto alle maschere idrofile come le varietà di tessuto.

Per studiare esattamente come l'umidità influisce sulla penetrazione delle goccioline, i ricercatori hanno generato finte goccioline respiratorie utilizzando una pompa a siringa, che ha spinto lentamente il liquido attraverso un ago e su uno dei tre tipi di materiali per maschere:una maschera chirurgica e due maschere di stoffa di diverso spessore. I ricercatori hanno registrato cosa è successo quando le goccioline hanno colpito la maschera utilizzando una telecamera ad alta velocità che ha catturato l'impatto a 4.000 fotogrammi al secondo e hanno continuato a studiarlo mentre la maschera si inumidiva.

Hanno scoperto che le goccioline di una tosse o di uno starnuto devono viaggiare a una velocità maggiore per essere spinte attraverso una maschera quando sono bagnate, rispetto a quando è asciutta. Sulle maschere idrofobiche a basso assorbimento, come le maschere chirurgiche, le goccioline respiratorie formano piccole perline sulla superficie della maschera, fornendo ulteriore resistenza alle goccioline impattate contro la possibile penetrazione.

Le maschere di stoffa idrofila non presentano questa bordatura; invece, il panno assorbe il liquido, con l'area bagnata che si allarga man mano che la maschera assorbe più volume. La matrice porosa di queste maschere in tessuto si riempie di liquido e le goccioline devono quindi spostare un volume maggiore di liquido per penetrare nella maschera. A causa di questa resistenza aggiuntiva, la penetrazione è più debole.

"In sintesi, abbiamo dimostrato che le maschere bagnate sono in grado di limitare le goccioline respiratorie balistiche meglio delle maschere asciutte", ha affermato Sombuddha Bagchi, primo autore del documento e dottorato di ricerca in ingegneria meccanica. studente presso la Jacobs School of Engineering della UC San Diego.

"Tuttavia, dobbiamo anche prestare attenzione alle perdite laterali e alla traspirabilità delle maschere bagnate, che non sono state studiate nel nostro studio", ha aggiunto Abhishek Saha, coautore e professore di ingegneria meccanica e aerospaziale presso l'UC San Diego.

Il team di ingegneri, che comprende anche i professori Swetaprovo Chaudhuri dell'Università di Toronto e Saptarshi Basu dell'Indian Institute of Science, erano esperti in questo tipo di esperimenti e analisi, sebbene fossero abituati a studiare l'aerodinamica e la fisica delle goccioline per applicazioni che includono sistemi di propulsione, combustione o spray termici. Hanno rivolto la loro attenzione alla fisica delle goccioline respiratorie l'anno scorso, quando è iniziata la pandemia di COVID-19, e da allora hanno studiato il trasporto di queste goccioline respiratorie e il loro ruolo nella trasmissione di malattie di tipo COVID-19.

Nel marzo 2021, questo stesso team ha pubblicato un articolo su Science Advances dettagliando l'efficacia delle maschere a secco di uno, due e tre strati nell'impedire alle goccioline respiratorie di penetrare nella maschera. Utilizzando una metodologia simile a questo esperimento con maschera bagnata, hanno dimostrato che le maschere chirurgiche a tre strati sono più efficaci nell'impedire alle grandi goccioline di tosse o starnuti di essere atomizzate in goccioline più piccole. Queste grandi goccioline per la tosse possono penetrare attraverso le maschere a strato singolo e doppio e atomizzarsi in goccioline molto più piccole, il che è particolarmente cruciale poiché queste goccioline di aerosol più piccole sono in grado di rimanere nell'aria per periodi di tempo più lunghi.