In seinem aktualisierte Anleitung Anfang 2022 sagten die US Centers for Disease Control and Prevention, dass locker gewebte Stoffmasken den geringsten Schutz gegen COVID-19 bieten und N95- und KN95-Masken den größten Schutz bieten. Dennoch gibt es nach mehr als zwei Jahren seit Beginn der Pandemie kein vollständiges Verständnis der Maskeneigenschaften für den optimalen Schutz.
In Physik der Flüssigkeitenverwenden Forscher der Florida State University und der Johns Hopkins University die Hauptkomponentenanalyse (PCA) zusammen mit Strömungssimulationsmodellen, um die entscheidende Bedeutung der richtigen Passform für alle Arten von Masken zu zeigen und zu zeigen, wie die Gesichtsform die idealste Passform beeinflusst.
Die Studie legt nahe, dass eine Doppelmaskierung mit falsch angepassten Masken die Maskeneffizienz möglicherweise nicht wesentlich verbessert und ein falsches Sicherheitsgefühl erzeugt.
Mehr Schichten bedeuten eine weniger poröse Gesichtsbedeckung, was dazu führt, dass bei Masken mit weniger sicherem Sitz mehr Flüssigkeit aus den Umfangslücken (Seiten, Ober- und Unterseite) herausgedrückt wird. Doppelte Schichten erhöhen die Filtereffizienz nur bei gutem Maskensitz, können aber auch zu Atembeschwerden führen.
Die Forscher modellierten einen mäßigen Hustenstrahl aus dem Mund eines erwachsenen Mannes, der eine Stoffmaske über Nase und Mund mit elastischen Bändern um die Ohren trug. Sie berechneten die maximalen Volumenströme durch die Vorderseite der Maske und periphere Lücken bei unterschiedlichen Materialporositätsgraden.
Für eine realistischere 3D-Gesichtsform und -größe verwendeten die Forscher PCA, das 100 erwachsene männliche und 100 erwachsene weibliche Köpfe integrierte, die aus Kopfscandaten der Universität Basel in der Schweiz abgerufen wurden. PCA verdichtet große Sätze von Variablen, während die meisten Informationen erhalten bleiben.
Ihr Modell zeigte, wie die leichte Asymmetrie, die für alle Gesichtsstrukturen typisch ist, den richtigen Maskensitz beeinträchtigen kann. Beispielsweise kann eine Maske auf der linken Gesichtshälfte enger sitzen als auf der rechten.
„Die Gesichtsasymmetrie ist für das Auge fast nicht wahrnehmbar, wird aber durch den Hustenfluss durch die Maske deutlich“, sagte Co-Autor Tomas Solano von der Florida State University. „In diesem speziellen Fall tritt die einzige beobachtete ungefilterte Leckage durch die Oberseite auf. Bei unterschiedlichen Gesichtsformen ist jedoch auch eine Leckage durch die Unterseite und die Seiten der Maske möglich.“
Das Erstellen von „Designermasken“, die an das Gesicht jeder Person angepasst sind, ist im Maßstab nicht praktikabel. Dennoch können PCA-basierte Simulationen verwendet werden, um bessere Masken für verschiedene Bevölkerungsgruppen zu entwerfen, indem allgemeine Unterschiede zwischen männlichen und weiblichen oder kindlichen und älteren Gesichtsstrukturen und dem damit verbundenen Luftstrom durch Masken aufgedeckt werden.
Perimeterleckage von Gesichtsmasken und ihre Auswirkung auf die Wirksamkeit der Maske, Physik der Flüssigkeiten (2022). aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0086320