Aizsardzības aprīkojuma un materiālu izcilības centrs (CEPEM), 1280 Main St. W., Hamilton, ON, Kanāda
Izmantojiet tālāk esošo saiti, lai kopīgotu šī raksta pilno teksta versiju ar draugiem un kolēģiem.Uzzināt vairāk.
Sabiedrības veselības aģentūras iesaka kopienām izmantot maskas, lai samazinātu tādu slimību kā COVID-19 izplatību.Kad maska darbosies kā augstas efektivitātes filtrs, vīrusa izplatība tiks samazināta, tāpēc ir svarīgi novērtēt maskas daļiņu filtrācijas efektivitāti (PFE).Tomēr augstās izmaksas un ilgs izpildes laiks, kas saistīts ar pabeigtas PFE sistēmas iegādi vai akreditētas laboratorijas nolīgšanu, kavē filtru materiālu testēšanu.Noteikti ir vajadzīga “pielāgota” PFE pārbaudes sistēma;tomēr dažādie standarti, kas nosaka (medicīnisko) masku PFE testēšanu (piemēram, ASTM International, NIOSH), to protokolu un vadlīniju skaidrība ir ļoti atšķirīga.Šeit ir aprakstīta “iekšējās” PFE sistēmas un masku testēšanas metodes izstrāde pašreizējo medicīnisko masku standartu kontekstā.Saskaņā ar ASTM starptautiskajiem standartiem sistēma izmanto lateksa sfēras (0,1 µm nominālais izmērs) aerosolus un izmanto lāzera daļiņu analizatoru, lai izmērītu daļiņu koncentrāciju augšpus un lejpus maskas materiāla.Veiciet PFE mērījumus dažādiem plaši izplatītiem audumiem un medicīniskām maskām.Šajā darbā aprakstītā metode atbilst pašreizējiem PFE testēšanas standartiem, vienlaikus nodrošinot elastību, lai pielāgotos mainīgajām vajadzībām un filtrēšanas apstākļiem.
Sabiedrības veselības aģentūras iesaka iedzīvotājiem valkāt maskas, lai ierobežotu Covid-19 un citu pilienu un aerosolu izraisītu slimību izplatību.[1] Prasība valkāt maskas efektīvi samazina transmisiju, un [2] norāda, ka nepārbaudītas kopienas maskas nodrošina noderīgu filtrēšanu.Faktiski modelēšanas pētījumi ir parādījuši, ka COVID-19 pārnešanas samazināšanās ir gandrīz proporcionāla masku efektivitātes un lietošanas biežuma kombinētajam produktam, un šiem un citiem uz iedzīvotājiem balstītiem pasākumiem ir sinerģiska ietekme, samazinot hospitalizāciju un nāves gadījumu skaitu.[3]
Sertificēto medicīnisko masku un respiratoru skaits, kas nepieciešami veselības aprūpes un citiem vadošajiem darbiniekiem, ir dramatiski pieaudzis, radot izaicinājumus esošajām ražošanas un piegādes ķēdēm un liekot jauniem ražotājiem ātri testēt un sertificēt jaunus materiālus.Tādas organizācijas kā ASTM International un Nacionālais darba drošības un veselības institūts (NIOSH) ir izstrādājušas standartizētas metodes medicīnisko masku pārbaudei;tomēr šo metožu detaļas ir ļoti atšķirīgas, un katra organizācija ir izveidojusi savus darbības standartus.
Daļiņu filtrēšanas efektivitāte (PFE) ir vissvarīgākā maskas īpašība, jo tā ir saistīta ar tās spēju filtrēt mazas daļiņas, piemēram, aerosolus.Medicīniskajām maskām jāatbilst konkrētiem PFE mērķiem[4–6], lai tās varētu sertificēt regulējošās aģentūras, piemēram, ASTM International vai NIOSH.Ķirurģiskās maskas ir sertificējis ASTM, un N95 respiratorus ir sertificējis NIOSH, taču abām maskām ir jāatbilst noteiktām PFE robežvērtībām.Piemēram, N95 maskām ir jāpanāk 95% filtrēšana aerosoliem, kas sastāv no sāls daļiņām, kuru vidējais diametrs ir 0,075 µm, savukārt ASTM 2100 L3 ķirurģiskajām maskām jāsasniedz 98% filtrēšana aerosoliem, kas sastāv no lateksa bumbiņām ar vidējo diametru 0,1 µm Filtrs. .
Pirmās divas iespējas ir dārgas (> 1000 ASV dolāru par vienu testa paraugu, kas tiek lēsts > 150 000 ASV dolāru noteiktam aprīkojumam), un COVID-19 pandēmijas laikā pastāv kavēšanās garo piegādes laiku un piegādes problēmu dēļ.PFE testēšanas augstās izmaksas un ierobežotās piekļuves tiesības kopā ar saskaņotu vadlīniju trūkumu par standartizētu veiktspējas novērtēšanu ir likušas pētniekiem izmantot dažādas pielāgotas testēšanas sistēmas, kuru pamatā bieži ir viens vai vairāki sertificētu medicīnisko masku standarti.
Esošajā literatūrā atrodamā īpašā masku materiālu testēšanas iekārta parasti ir līdzīga augstākminētajiem NIOSH vai ASTM F2100/F2299 standartiem.Tomēr pētniekiem ir iespēja izvēlēties vai mainīt dizainu vai darbības parametrus atbilstoši savām vēlmēm.Piemēram, ir izmantotas izmaiņas parauga virsmas ātrumā, gaisa/aerosola plūsmas ātrumā, parauga lielumā (laukumā) un aerosola daļiņu sastāvā.Daudzos nesenos pētījumos masku materiālu novērtēšanai ir izmantots pielāgots aprīkojums.Šīs iekārtas izmanto nātrija hlorīda aerosolus un ir tuvu NIOSH standartiem.Piemēram, Rogaks et al.(2020), Zangmeister et al.(2020), Drunic et al.(2020) un Joo et al.(2021) Visas uzbūvētās iekārtas ražos nātrija hlorīda aerosolu (dažādu izmēru), kas tiek neitralizēts ar elektrisko lādiņu, atšķaidīts ar filtrētu gaisu un nosūtīts uz materiāla paraugu, kur tiek izmantots optiskais daļiņu mērītājs, dažādu kondensēto daļiņu Kombinētais daļiņu koncentrācijas mērījums [9, 14-16] Konda et al.(2020) un Hao et al.(2020) Tika uzbūvēta līdzīga ierīce, taču lādiņa neitralizators nebija iekļauts.[8, 17] Šajos pētījumos gaisa ātrums paraugā svārstījās no 1 līdz 90 L min-1 (dažreiz, lai noteiktu plūsmas/ātruma efektus);tomēr virsmas ātrums bija no 5,3 līdz 25 cm s-1 starp.Šķiet, ka izlases lielums svārstās no ≈3,4 līdz 59 cm2.
Gluži pretēji, ir maz pētījumu par masku materiālu novērtēšanu, izmantojot iekārtas, kurās izmanto lateksa aerosolu, kas ir tuvu ASTM F2100/F2299 standartam.Piemēram, Bagheri et al.(2021), Shakya et al.(2016) un Lu et al.(2020) Izgatavoja ierīci polistirola lateksa aerosola ražošanai, kas tika atšķaidīts un nosūtīts uz materiālu paraugiem, kur daļiņu koncentrācijas mērīšanai tika izmantoti dažādi daļiņu analizatori vai skenējošie mobilitātes daļiņu izmēra analizatori.[18-20] Un Lu et al.Pēc aerosola ģeneratora tika izmantots lādiņa neitralizators, un pārējo divu pētījumu autori to nedarīja.Gaisa plūsmas ātrums paraugā arī nedaudz mainījās, bet F2299 standarta robežās, no ≈7,3 līdz 19 L min-1.Gaisa virsmas ātrums, ko pētīja Bagheri et al.ir attiecīgi 2 un 10 cm s–1 (standarta diapazonā).Un Lu et al., un Shakya et al.[18-20] Turklāt autors un Shakya et al.pārbaudītas dažāda izmēra lateksa sfēras (ti, kopumā no 20 nm līdz 2500 nm).Un Lu et al.Vismaz dažos savos testos viņi izmanto norādīto 100 nm (0,1 µm) daļiņu izmēru.
Šajā darbā mēs aprakstām izaicinājumus, ar kuriem saskaramies, veidojot PFE ierīci, kas pēc iespējas atbilstu esošajiem ASTM F2100/F2299 standartiem.Viens no galvenajiem populārajiem standartiem (ti, NIOSH un ASTM F2100/F2299) ASTM standarts nodrošina lielāku parametru (piemēram, gaisa plūsmas ātruma) elastību, lai pētītu filtrēšanas veiktspēju, kas var ietekmēt PFE nemedicīniskajās maskās.Tomēr, kā mēs pierādījām, šī elastība nodrošina papildu sarežģītības līmeni šādu iekārtu projektēšanā.
Ķīmiskās vielas tika iegādātas no Sigma-Aldrich un izmantotas tādas, kādas tās ir.Stirola monomērs (≥99%) tiek attīrīts caur stikla kolonnu, kurā ir alumīnija oksīda inhibitoru noņemšanas līdzeklis, kas paredzēts terc-butilkatehola noņemšanai.Dejonizēts ūdens (≈0,037 µS cm–1) nāk no Sartorius Arium ūdens attīrīšanas sistēmas.
100% kokvilnas vienkāršā pinuma (Muslin CT) ar nominālo svaru 147 gm-2 nāk no Veratex Lining Ltd., QC, un bambusa/spandeksa maisījumu nāk no D. Zinman Textiles, QC.Citi masku kandidātu materiāli tiek piegādāti no vietējiem audumu mazumtirgotājiem (Fabricland).Šie materiāli ietver divus dažādus 100% kokvilnas audumus (ar dažādām apdrukām), vienu kokvilnas/spandeksa trikotāžas audumu, divus kokvilnas/poliestera trikotāžas audumus (viens "universāls" un viens "džempera audums") un neausto kokvilnas/polipropilēna maisījumu. kokvilnas vatelīna materiāls.1. tabulā parādīts zināmo auduma īpašību kopsavilkums.Lai novērtētu jauno aprīkojumu, no vietējām slimnīcām tika iegūtas sertificētas medicīniskās maskas, tostarp ASTM 2100 2. līmeņa (L2) un 3. līmeņa (L3; Halyard) sertificētas medicīniskās maskas un N95 respiratori (3M).
No katra pārbaudāmā materiāla tika izgriezts apļveida paraugs ar aptuveni 85 mm diametru;materiālā netika veiktas nekādas papildu izmaiņas (piemēram, mazgāšana).Testēšanai saspiediet auduma cilpu PFE ierīces parauga turētājā.Faktiskais parauga diametrs, kas saskaras ar gaisa plūsmu, ir 73 mm, un atlikušie materiāli tiek izmantoti parauga ciešai nostiprināšanai.Samontētajai maskai puse, kas pieskaras sejai, atrodas prom no piegādātā materiāla aerosola.
Monodisperso anjonu polistirola lateksa lodīšu sintēze ar emulsijas polimerizāciju.Saskaņā ar iepriekšējā pētījumā aprakstīto procedūru, reakcija tika veikta monomēra badošanās daļēji partijas režīmā.[21, 22] Pievienojiet dejonizētu ūdeni (160 ml) 250 ml trīskaklu apaļdibena kolbā un ievietojiet to maisītājā eļļas vannā.Pēc tam kolbu izskaloja ar slāpekli un iztīrītajai, maisītajai kolbai pievienoja bez inhibitoru stirola monomēru (2,1 ml).Pēc 10 minūtēm 70 °C temperatūrā pievieno nātrija laurilsulfātu (0,235 g), kas izšķīdināts dejonizētā ūdenī (8 ml).Vēl pēc 5 minūtēm pievienoja kālija persulfātu (0,5 g), kas izšķīdināts dejonizētā ūdenī (2 ml).Nākamo 5 stundu laikā izmantojiet šļirces sūkni, lai lēnām injicētu kolbā papildu bez inhibitoru stirolu (20 ml) ar ātrumu 66 µL min-1.Pēc stirola infūzijas pabeigšanas reakcija turpinājās vēl 17 stundas.Tad kolba tika atvērta un atdzesēta, lai beigtu polimerizāciju.Sintezētā polistirola lateksa emulsija tika dializēta pret dejonizētu ūdeni SnakeSkin dialīzes mēģenē (3500 Da molekulmasas robeža) piecas dienas, un dejonizētais ūdens tika nomainīts katru dienu.Izņemiet emulsiju no dialīzes mēģenes un uzglabājiet to ledusskapī 4°C līdz lietošanai.
Dinamiskā gaismas izkliede (DLS) tika veikta ar Brookhaven 90Plus analizatoru, lāzera viļņa garums bija 659 nm, un detektora leņķis bija 90°.Izmantojiet iebūvēto daļiņu risinājuma programmatūru (v2.6; Brookhaven Instruments Corporation), lai analizētu datus.Lateksa suspensiju atšķaida ar dejonizētu ūdeni, līdz daļiņu skaits ir aptuveni 500 tūkstoši skaitījumu sekundē (kcps).Tika noteikts, ka daļiņu izmērs ir 125 ± 3 nm, un ziņotā polidispersitāte bija 0, 289 ± 0, 006.
ZetaPlus zeta potenciāla analizators (Brookhaven Instruments Corp.) tika izmantots, lai iegūtu izmērīto zeta potenciāla vērtību fāzes analīzes gaismas izkliedes režīmā.Paraugu sagatavoja, pievienojot lateksa alikvotu daļu 5 × 10–3 m NaCl šķīdumam un vēlreiz atšķaidot lateksa suspensiju, lai iegūtu daļiņu skaitu aptuveni 500 kcps.Tika veikti pieci atkārtoti mērījumi (katrs sastāvēja no 30 piegājieniem), kā rezultātā zeta potenciāla vērtība bija -55,1 ± 2,8 mV, kur kļūda atspoguļo piecu atkārtojumu vidējās vērtības standartnovirzi.Šie mērījumi liecina, ka daļiņas ir negatīvi uzlādētas un veido stabilu suspensiju.DLS un zeta potenciālos datus var atrast atbalsta informācijas tabulās S2 un S3.
Mēs būvējām iekārtu atbilstoši ASTM starptautiskajiem standartiem, kā aprakstīts zemāk un parādīts 1. attēlā. Vienas strūklas Blaustein izsmidzināšanas moduļa (BLAM; CHTech) aerosola ģenerators tiek izmantots, lai ražotu aerosolus, kas satur lateksa bumbiņas.Filtrētā gaisa plūsma (kas iegūta ar GE Healthcare Whatman 0,3 µm HEPA-CAP un 0,2 µm POLYCAP TF filtriem sērijveidā) nonāk aerosola ģeneratorā ar spiedienu 20 psi (6,9 kPa) un izsmidzina daļu no 5 mg L-1. suspensija Šķidrumu ievada iekārtas lateksa lodītē caur šļirces sūkni (KD Scientific Model 100).Aerosolizētās mitrās daļiņas tiek žāvētas, izlaižot gaisa plūsmu, kas atstāj aerosola ģeneratoru, caur cauruļveida siltummaini.Siltummainis sastāv no 5/8 collu nerūsējošā tērauda caurules, kas uztīta ar 8 pēdu garu sildīšanas spoli.Izejas jauda ir 216 W (BriskHeat).Saskaņā ar tā regulējamo skalu sildītāja jauda ir iestatīta uz 40% no ierīces maksimālās vērtības (≈86 W);tas rada vidējo ārējās sienas temperatūru 112 °C (standarta novirze ≈1 °C), ko nosaka ar virsmas uzstādīta termopāra (Taylor USA) mērījumu.Apliecinošajā informācijā S4 attēlā ir apkopota sildītāja veiktspēja.
Pēc tam žāvētās izsmidzinātās daļiņas sajauc ar lielāku filtrēta gaisa daudzumu, lai sasniegtu kopējo gaisa plūsmas ātrumu 28,3 L min-1 (tas ir, 1 kubikpēda minūtē).Šī vērtība tika izvēlēta, jo tā ir precīzs plūsmas ātrums lāzera daļiņu analizatora instrumenta paraugu ņemšanai aiz sistēmas.Gaisa plūsma, kas pārvadā lateksa daļiņas, tiek nosūtīta uz vienu no divām identiskām vertikālām kamerām (ti, gludām sienām nerūsējošā tērauda caurulēm): “kontroles” kameru bez maskas materiāla vai apļveida “parauga” kameru, kas paredzēta lietošanai, noņemamu parauga turētāju. ir ievietots ārpus auduma.Abu kameru iekšējais diametrs ir 73 mm, kas atbilst parauga turētāja iekšējam diametram.Paraugu turētājā tiek izmantoti rievoti gredzeni un padziļinātas skrūves, lai cieši noslēgtu maskas materiālu, un pēc tam ievietojiet noņemamo kronšteinu parauga kameras spraugā un cieši noslēdziet to ierīcē ar gumijas blīvēm un skavām (S2 attēls, atbalsta informācija).
Auduma parauga diametrs saskarē ar gaisa plūsmu ir 73 mm (laukums = 41,9 cm2);testa laikā tas ir noslēgts parauga kamerā.Gaisa plūsma, kas iziet no “kontroles” vai “parauga” kameras, tiek pārnesta uz lāzera daļiņu analizatoru (daļiņu mērīšanas sistēma LASAIR III 110), lai izmērītu lateksa daļiņu skaitu un koncentrāciju.Daļiņu analizators nosaka daļiņu koncentrācijas apakšējo un augšējo robežu, attiecīgi 2 × 10-4 un ≈34 daļiņas uz kubikpēdu (7 un ≈950 000 daļiņas uz kubikpēdu).Lai mērītu lateksa daļiņu koncentrāciju, daļiņu koncentrācija tiek norādīta “lodziņā” ar apakšējo robežu un augšējo robežu 0,10–0,15 µm, kas atbilst aptuvenajam singleta lateksa daļiņu izmēram aerosolā.Tomēr var izmantot arī citus tvertņu izmērus, un vienlaikus var novērtēt vairākas tvertnes ar maksimālo daļiņu izmēru 5 µm.
Aprīkojumā ietilpst arī citas iekārtas, piemēram, iekārtas kameras un daļiņu analizatora skalošanai ar tīru filtrētu gaisu, kā arī nepieciešamie vārsti un instrumenti (1. attēls).Pilnas cauruļvadu un instrumentu diagrammas ir parādītas S1 attēlā un S1 tabulā, kas sniegta papildu informācijai.
Eksperimenta laikā lateksa suspensija tika ievadīta aerosola ģeneratorā ar plūsmas ātrumu ≈60 līdz 100 µL min-1, lai saglabātu stabilu daļiņu izvadi, aptuveni 14-25 daļiņas uz kubikcentimetru (400 000 uz kubikcentimetru) 700 000 daļiņu).Pēdas) tvertnē ar izmēru 0,10–0,15 µm.Šis plūsmas ātruma diapazons ir nepieciešams, jo ir novērotas lateksa daļiņu koncentrācijas izmaiņas aiz aerosola ģeneratora, ko var attiecināt uz izmaiņām lateksa suspensijas daudzumā, ko uztver aerosola ģeneratora šķidruma slazds.
Lai izmērītu konkrēta auduma parauga PFE, lateksa daļiņu aerosols vispirms tiek pārnests caur vadības telpu un pēc tam novirzīts uz daļiņu analizatoru.Nepārtraukti mēra trīs daļiņu koncentrāciju ātri pēc kārtas, katra ilgst vienu minūti.Daļiņu analizators ziņo par laika vidējo daļiņu koncentrāciju analīzes laikā, tas ir, daļiņu vidējo koncentrāciju vienā parauga minūtē (28,3 L).Pēc šo bāzes mērījumu veikšanas, lai noteiktu stabilu daļiņu skaitu un gāzes plūsmas ātrumu, aerosolu pārnes uz parauga kameru.Kad sistēma sasniedz līdzsvaru (parasti 60–90 sekundes), ātri pēc kārtas tiek veikti vēl trīs secīgi vienas minūtes mērījumi.Šie parauga mērījumi atspoguļo daļiņu koncentrāciju, kas iet caur auduma paraugu.Pēc tam, sadalot aerosola plūsmu atpakaļ uz vadības telpu, no vadības telpas tika veikti vēl trīs daļiņu koncentrācijas mērījumi, lai pārbaudītu, vai augšpuses daļiņu koncentrācija būtiski nemainījās visa parauga novērtēšanas procesa laikā.Tā kā abu kameru dizains ir vienāds, izņemot to, ka parauga kamerā var ievietot parauga turētāju, plūsmas apstākļus kamerā var uzskatīt par vienādiem, tāpēc daļiņu koncentrācija gāzē, kas iziet no kontroles kameras un parauga kameras. var salīdzināt.
Lai saglabātu daļiņu analizatora instrumenta kalpošanas laiku un noņemtu aerosola daļiņas sistēmā starp katru testu, izmantojiet HEPA filtrētu gaisa strūklu, lai notīrītu daļiņu analizatoru pēc katra mērījuma, un notīriet parauga kameru pirms paraugu maiņas.Lūdzu, skatiet atbalsta informācijas S1 attēlu, lai iegūtu PFE ierīces gaisa skalošanas sistēmas shematisku diagrammu.
Šis aprēķins ir viens “atkārtots” PFE mērījums vienam materiāla paraugam un ir līdzvērtīgs ASTM F2299 PFE aprēķinam (2. vienādojums).
Materiāli, kas aprakstīti 2.1. punktā, tika pakļauti lateksa aerosoliem, izmantojot 2.3. punktā aprakstīto PFE aprīkojumu, lai noteiktu to piemērotību masku materiāliem.2. attēlā parādīti rādījumi, kas iegūti no daļiņu koncentrācijas analizatora, un vienlaikus tiek mērītas džemperu audumu un vatelīna materiālu PFE vērtības.Tika veiktas trīs paraugu analīzes kopā diviem materiāliem un sešiem atkārtojumiem.Acīmredzot pirmais rādījums trīs rādījumu komplektā (iekrāsots ar gaišāku krāsu) parasti atšķiras no pārējiem diviem rādījumiem.Piemēram, pirmais rādījums atšķiras no pārējo divu rādījumu vidējā rādītāja 12-15 trīskāršos 2. attēlā par vairāk nekā 5%.Šis novērojums ir saistīts ar aerosolu saturošā gaisa līdzsvaru, kas plūst caur daļiņu analizatoru.Kā aprakstīts sadaļā Materiāli un metodes, līdzsvara rādījumi (otrā un trešā kontroles un parauga rādījumi) tika izmantoti, lai aprēķinātu PFE attiecīgi tumši zilā un sarkanā krāsā 2. attēlā.Kopumā trīs atkārtojumu vidējā PFE vērtība ir 78% ± 2% džempera audumam un 74% ± 2% kokvilnas vatelīnam.
Lai novērtētu sistēmas veiktspēju, tika novērtētas arī ASTM 2100 sertificētas medicīniskās maskas (L2, L3) un NIOSH respiratori (N95).Standarts ASTM F2100 nosaka submikronu daļiņu filtrēšanas efektivitāti 2. un 3. līmeņa masku 0,1 µm daļiņām attiecīgi ≥ 95% un ≥ 98%.[5] Tāpat NIOSH sertificētajiem N95 respiratoriem ir jāuzrāda filtrēšanas efektivitāte ≥95% atomizētām NaCl nanodaļiņām ar vidējo diametru 0,075 µm.[24] Rengasamy et al.Saskaņā ar ziņojumiem līdzīgām N95 maskām PFE vērtība ir 99,84–99,98%, [25] Zangmeister et al.Saskaņā ar ziņojumiem to N95 minimālā filtrēšanas efektivitāte ir lielāka par 99,9%, [14] savukārt Joo et al.Saskaņā ar ziņojumiem 3M N95 maskas radīja 99% PFE (300 nm daļiņas), [16] un Hao et al.Ziņotais N95 PFE (300 nm daļiņas) ir 94,4%.[17] Attiecībā uz divām N95 maskām, kuras apstrīdēja Shakya et al.ar 0,1 µm lateksa bumbiņām PFE samazinājās aptuveni no 80% līdz 100%.[19] Kad Lu et al.Izmantojot tāda paša izmēra lateksa bumbiņas, lai novērtētu N95 maskas, tiek ziņots, ka vidējais PFE ir 93,8%.[20] Rezultāti, kas iegūti, izmantojot šajā darbā aprakstīto aprīkojumu, liecina, ka N95 maskas PFE ir 99,2 ± 0,1%, kas labi saskan ar lielāko daļu iepriekšējo pētījumu.
Ķirurģiskās maskas ir pārbaudītas arī vairākos pētījumos.Hao et al. ķirurģiskās maskas.uzrādīja PFE (300 nm daļiņas) 73,4%, [17] savukārt trīs ķirurģiskās maskas, ko pārbaudīja Drewnick et al.Ražotais PFE svārstās no aptuveni 60% līdz gandrīz 100%.[15] (Pēdējā maska var būt sertificēts modelis.) Tomēr Zangmeister et al.Saskaņā ar ziņojumiem divu pārbaudīto ķirurģisko masku minimālā filtrēšanas efektivitāte ir tikai nedaudz augstāka par 30%, [14] daudz zemāka nekā šajā pētījumā pārbaudītajām ķirurģiskajām maskām.Līdzīgi, “zilā ķirurģiskā maska”, ko pārbaudīja Joo et al.Pierādiet, ka PFE (300 nm daļiņas) ir tikai 22%.[16] Shakya et al.ziņoja, ka ķirurģisko masku PFE (izmantojot 0,1 µm lateksa daļiņas) samazinājās aptuveni par 60–80%.[19] Izmantojot tāda paša izmēra lateksa bumbiņas, Lu et al. ķirurģiskā maska radīja vidējo PFE rezultātu 80,2%.[20] Salīdzinājumam, mūsu L2 maskas PFE ir 94,2 ± 0,6%, bet L3 maskas PFE ir 94,9 ± 0,3%.Lai gan šie PFE pārspēj daudzus PFE literatūrā, jāatzīmē, ka gandrīz nav minēts iepriekšējā pētījumā minētais sertifikācijas līmenis, un mūsu ķirurģiskās maskas ir ieguvušas 2. un 3. līmeņa sertifikātu.
Tādā pašā veidā, kā tika analizēti kandidātu masku materiāli 2. attēlā, tika veikti trīs testi pārējiem sešiem materiāliem, lai noteiktu to piemērotību maskai un demonstrētu PFE ierīces darbību.3. attēlā ir attēlotas visu pārbaudīto materiālu PFE vērtības un tās ir salīdzinātas ar PFE vērtībām, kas iegūtas, novērtējot sertificētus L3 un N95 masku materiālus.No šim darbam atlasītajiem 11 masku/masku kandidātu materiāliem var skaidri redzēt plašu PFE veiktspējas diapazonu, sākot no ≈10% līdz tuvu 100%, kas atbilst citiem pētījumiem [8, 9, 15] un nozares deskriptoriem. Nav skaidras attiecības starp PFE un PFE.Piemēram, materiāliem ar līdzīgu sastāvu (divi 100% kokvilnas paraugi un kokvilnas muslīns) ir ļoti atšķirīgas PFE vērtības (attiecīgi 14%, 54% un 13%).Taču ir svarīgi, lai būtu zema veiktspēja (piemēram, 100% kokvilna A; PFE ≈ 14%), vidēja veiktspēja (piemēram, 70%/30% kokvilnas/poliestera maisījums; PFE ≈ 49%) un augsta veiktspēja (piemēram, džemperis Audums; PFE ≈ 78%) Audumu var skaidri identificēt, izmantojot šajā darbā aprakstīto PFE aprīkojumu.Īpaši labi darbojās džemperu audumi un kokvilnas vatelīna materiāli ar PFE diapazonu no 70% līdz 80%.Šādus augstas veiktspējas materiālus var identificēt un sīkāk analizēt, lai izprastu īpašības, kas veicina to augsto filtrēšanas veiktspēju.Tomēr mēs vēlamies atgādināt, ka, tā kā PFE rezultāti materiāliem ar līdzīgiem nozares aprakstiem (ti, kokvilnas materiāliem) ir ļoti atšķirīgi, šie dati nenorāda, kuri materiāli ir plaši noderīgi auduma maskām, un mēs nedomājam secināt par to īpašībām. materiālu kategorijas.Izpildes attiecības.Mēs sniedzam konkrētus piemērus, lai demonstrētu kalibrēšanu, parādītu, ka mērījums aptver visu iespējamās filtrēšanas efektivitātes diapazonu un norādītu mērījuma kļūdas lielumu.
Mēs ieguvām šos PFE rezultātus, lai pierādītu, ka mūsu iekārtām ir plašs mērījumu iespēju klāsts, zema kļūda, un salīdzināt ar literatūrā iegūtajiem datiem.Piemēram, Zangmeister et al.Tiek ziņots par PFE rezultātiem vairākiem austiem kokvilnas audumiem (piemēram, “Cotton 1-11″) (89 līdz 812 pavedieni collā).9 no 11 materiāliem “minimālā filtrēšanas efektivitāte” svārstās no 0% līdz 25%;pārējo divu materiālu PFE ir aptuveni 32%.[14] Tāpat Konda u.c.Tiek ziņots par PFE datiem par diviem kokvilnas audumiem (80 un 600 TPI; 153 un 152 gm-2).PFE svārstās attiecīgi no 7% līdz 36% un 65% līdz 85%.Drewnick et al. pētījumā viena slāņa kokvilnas audumos (ti, kokvilna, kokvilnas trikotāža, moletons; 139–265 TPI; 80–140 gm–2) materiāla PFE diapazons ir aptuveni 10% līdz 30%.Joo et al. pētījumā viņu 100% kokvilnas materiāla PFE ir 8% (300 nm daļiņas).Bagheri et al.izmantotas polistirola lateksa daļiņas no 0,3 līdz 0,5 µm.Tika izmērīts sešu kokvilnas materiālu (120-200 TPI; 136-237 gm-2) PFE diapazonā no 0% līdz 20%.[18] Tāpēc lielākā daļa šo materiālu labi saskan ar mūsu trīs kokvilnas audumu (ti, Veratex Muslin CT, Fabric Store Cottons A un B) PFE rezultātiem, un to vidējā filtrēšanas efektivitāte ir attiecīgi 13%, 14% un.54%.Šie rezultāti liecina, ka starp kokvilnas materiāliem ir lielas atšķirības un ka materiāla īpašības, kas rada augstu PFE (ti, Konda et al. 600 TPI kokvilna; mūsu kokvilna B), ir slikti izprotamas.
Veicot šos salīdzinājumus, mēs atzīstam, ka ir grūti atrast literatūrā pārbaudītus materiālus, kuriem ir tādas pašas īpašības (ti, materiāla sastāvs, aušana un adīšana, TPI, svars utt.) ar šajā pētījumā pārbaudītajiem materiāliem, un tāpēc nevar tieši salīdzināt.Turklāt autoru izmantoto instrumentu atšķirības un standartizācijas trūkums apgrūtina labu salīdzināšanu.Tomēr ir skaidrs, ka parasto audumu veiktspējas un veiktspējas attiecības nav labi saprotamas.Materiāli tiks tālāk pārbaudīti ar standartizētu, elastīgu un uzticamu aprīkojumu (piemēram, šajā darbā aprakstīto aprīkojumu), lai noteiktu šīs attiecības.
Lai gan pastāv kopējā statistiskā kļūda (0-5%) starp vienu atkārtojumu (0-4%) un paraugiem, kas analizēti trīs eksemplāros, šajā darbā piedāvātā iekārta izrādījās efektīvs instruments dažādu materiālu PFE testēšanai.Parastie audumi līdz sertificējamām medicīniskām maskām.Ir vērts atzīmēt, ka starp 11 materiāliem, kas pārbaudīti 3. attēlā, izplatīšanās kļūda σprop pārsniedz standarta novirzi starp viena parauga PFE mērījumiem, tas ir, σsd 9 no 11 materiāliem;šie divi izņēmumi ir ļoti augstas PFE vērtības gadījumā (ti, L2 un L3 maska).Lai gan Rengasamy et al.Parādot, ka atšķirība starp atkārtotiem paraugiem ir neliela (ti, pieci atkārtojumi <0,29%), [25] viņi pētīja materiālus ar augstām zināmām filtrēšanas īpašībām, kas īpaši izstrādāti masku ražošanai: pats materiāls var būt viendabīgāks, un tests ir arī šis. PFE diapazona apgabals var būt konsekventāks.Kopumā rezultāti, kas iegūti, izmantojot mūsu aprīkojumu, atbilst citu pētnieku iegūtajiem PFE datiem un sertifikācijas standartiem.
Lai gan PFE ir svarīgs rādītājs maskas veiktspējas mērīšanai, šajā brīdī mums ir jāatgādina lasītājiem, ka visaptverošā turpmāko masku materiālu analīzē ir jāņem vērā citi faktori, tas ir, materiāla caurlaidība (tas ir, spiediena krituma vai diferenciālā spiediena pārbaude). ).ASTM F2100 un F3502 ir noteikumi.Pieņemama gaisa caurlaidība ir būtiska, lai nodrošinātu lietotāja komfortu un novērstu maskas malas noplūdi elpošanas laikā.Tā kā daudzu izplatītu materiālu PFE un gaisa caurlaidība parasti ir apgriezti proporcionāla, spiediena krituma mērīšana jāveic kopā ar PFE mērījumu, lai pilnīgāk novērtētu maskas materiāla veiktspēju.
Mēs iesakām, ka vadlīnijas PFE aprīkojuma konstruēšanai saskaņā ar ASTM F2299 ir būtiskas, lai nepārtraukti uzlabotu standartus, ģenerētu pētījumu datus, kurus var salīdzināt pētniecības laboratorijās, un uzlabot aerosola filtrēšanu.Paļaujieties tikai uz NIOSH (vai F3502) standartu, kas nosaka vienu ierīci (TSI 8130A) un ierobežo pētnieku iespēju iegādāties pabeigtas ierīces (piemēram, TSI sistēmas).Paļaušanās uz standartizētām sistēmām, piemēram, TSI 8130A, ir svarīga pašreizējā standarta sertifikācijai, taču tā ierobežo masku, respiratoru un citu aerosola filtrēšanas tehnoloģiju izstrādi, kas ir pretrunā pētniecības progresam.Ir vērts atzīmēt, ka NIOSH standarts tika izstrādāts kā metode respiratoru testēšanai skarbos apstākļos, kas sagaidāmi, kad šis aprīkojums ir nepieciešams, taču turpretim ķirurģiskās maskas tiek pārbaudītas ar ASTM F2100/F2299 metodēm.Kopienas masku forma un stils vairāk atgādina ķirurģiskas maskas, kas nenozīmē, ka tām ir lieliska filtrēšanas efektivitāte, piemēram, N95.Ja ķirurģiskās maskas joprojām tiek novērtētas saskaņā ar ASTM F2100/F2299, parastie audumi jāanalizē, izmantojot metodi, kas ir tuvāka ASTM F2100/F2299.Turklāt ASTM F2299 nodrošina papildu elastību dažādos parametros (piemēram, gaisa plūsmas ātrumā un virsmas ātrumā filtrācijas efektivitātes pētījumos), kas var padarīt to par aptuvenu izcilu standartu pētniecības vidē.
Publicēšanas laiks: 30. augusts 2021