Фланель и полиэстер защитили от вирусоподобных частиц не хуже медицинского респиратора

Американские ученые протестировали более 70 комбинаций различных тканей и материалов на проницаемость для вирусоподобных частиц. Они выяснили, что махровая ткань, стеганый хлопок или фланель в комбинации с полипропиленом, полиэстером или полиарамидом защищают от наночастиц размером от 10 до 200 нанометров не хуже медицинских респираторов N95 (примерно соответствует FFP2). Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Nano.

Пандемия COVID-19 вызвала повышенный спрос на средства индивидуальной защиты, в том числе и на медицинские маски. Ранее исследователи уже измерили эффективность масок в качестве защиты от частиц вирусов и бактерий, и тогда оказалось, что обычные медицинские маски могут помочь остановить распространение сезонного коронавируса — родственника SARS-CoV-2. Но из-за нехватки СИЗ людям нередко приходится самим изготавливать маски из подручных материалов, а для этого нужно знать, какие ткани и материалы лучше всего подойдут.

Американские ученые под руководством Стивена Люстига (Steven R. Lustig) из Северо-Восточного университета решили выяснить, как материал и количество слоев маски влияет на эффективность задержки вирусных частиц. Ученые выбрали более 70 различных комбинаций материалов и протестировали их на самодельной установке, которая имитирует давление и скорость распространения потока воздуха, создаваемого человеком при дыхании. Прибор также распыляет в воздушный поток флуоресцентные частицы аэрозоля, которые имитируют частицы вирусов. Оболочку этих частиц исследователи создали из сополимера молочной и гликолевой кислот, а внутрь поместили флуоресцентный краситель родамин-6G. Это соединение имеет высокий квантовый выход, а значит его можно легко увидеть с помощью, например, сканирующей электронной микроскопии.

Роль легких в экспериментальной установке выполнил компрессор, который нагнетал воздух в камеру с распылителем аэрозоля. Затем поток воздуха с наночастицами поступал по узкому каналу в широкую камеру, благодаря чему аэрозоль равномерно распределился в системе. Постепенно широкая камера сужается и переходит в узкое сопло, на конце которого расположен тестируемый материал. За образцом материала расположена стеклянная пластина, которая собирает частицы аэрозоля, прошедшие через материал. После каждого теста ученые просматривали стеклянную пластину с помощью электронного микроскопа и измеряли количество наночастиц, осевших на стеклянной пластине.

Таким образом ученые проверили более 70 комбинаций различных тканей. Практически все ткани — от джинсовой до хлопка Kona — имели высокую плотность. Ученые тестировали их сначала по отдельности, а затем в комбинации друг с другом, по-разному чередуя слои. Количество слоев в комбинациях варьировалось от одного до шести. Набор тканей состоял в основном из коммерчески доступных материалов, таких как фланель, плотные виды хлопка и тканей на основе полипропилена, полиэстера и полиарамида.

Для измерения эффективности СИЗ ученые предложили специальный коэффициент проницаемости. Значение 1,0 этого коэффициента соответствует проницаемости респиратора N95. Если этот показатель для других тканей оказывался ниже единицы или примерно равнялся ей, это означало, что средство работает не хуже медицинского респиратора. Высокое значение коэффициента, наоборот, показывало, что средство защиты малоэффективно. 

Наилучшие результаты показали многослойные маски, состоящие из гидрофобных и гидрофильных слоев. Адсорбирующие гидрофильные материалы задерживали в своей структуре вирусоподобные наночастицы, не давая им пройти в следующий слой. Гидрофобные ткани выполняли роль барьера, который отталкивал частицы аэрозоля. Наименьший коэффициент — 0,3 —показала маска с целлюлозным фильтром, внешний слой которой состоял из спортивного гидрофобного трикотажа, а внутренний — из плотной и хорошо адсорбирующей ткани Zorb 3D Stay Dry Dimple на основе полиэстера. Хуже всего себя показала плотная джинсовая ткань — она оказалась в 16,7 раза хуже маски N95. Из широкодоступных материалов лучше всего защитили от вирусоподобных наночастиц махровая ткань, стеганый хлопок и фланель в комбинации с полипропиленом, полиэстером и полиарамидом. По эффективности эти материалы оказались сравнимы с маской N95.

Несмотря на высокую эффективность этих тканей, ученые напоминают о том, что маска не должна касаться губ и при этом плотно прилегать к коже лица. В противном случае эффективность СИЗ значительно снижается. Кроме того, ученые рекомендуют снизить интенсивность дыхания в маске, так как количество проникающих частиц напрямую зависит от давления воздушного потока.

Ранее исследователи на практике проверили эффективность медицинских масок против вируса гриппа. Выяснилось, что тряпичные маски сравнимы по своей эффективности с респираторами N95 — после контакта с больными количество заболевших врачей в группах с масками и респираторами, оказалось одинаковым.