Zarówno Światowa Organizacja Zdrowia (WHO), jak i amerykańskie Centra Kontroli i Zapobiegania Chorobom (CDC - Centers for Disease Control) uznały aerozole za główny mechanizm przenoszenia wirusa COVID-19. Aerozole to maleńkie cząsteczki wody lub innej substancji, które mogą pozostawać zawieszone w powietrzu przez długi czas i są wystarczająco małe, aby przedostać się do układu oddechowego.

Ludzie uwalniają aerozole, gdy oddychają, kaszlą, mówią, krzyczą lub śpiewają. Jeśli są zakażeni COVID-19, te aerozole mogą zawierać wirusa SARS-CoV-2. Wdychanie wystarczającej ilości aerozoli obciążonych koronawirusem może powodować chorobę. Aby ograniczać rozprzestrzeniania się tych aerozoli, podejmowane są wysiłki mające zminimalizować indywidualne narażenie i zmniejszyć ogólną ilość aerozoli w środowisku - noszenie masek oraz wietrzenie pomieszczeń i stosowanie filtrowanego powietrza do wentylacji.

Inżynierowie z University of California w Riverside oraz The George Washington University (USA) porównali skuteczność masek chirurgicznych i bawełnianych, wielofunkcyjnej chusty na szyję i elektroprzędzonych membran z nanowłókien w usuwaniu aerozoli koronawirusa w celu zapobiegania przenoszeniu drogą powietrzną.

Bawełniana maska i chusta na szyję usunęły tylko około 45-73 proc. aerozolu. Maska chirurgiczna wypadła znacznie lepiej, usuwając 98 proc. Jednak filtr z nanowłókien okazał się wielokrotnie lepszy - usunął prawie cały aerozol koronawirusa - 99,9 proc.

- Nasza praca jest pierwszym badaniem, w którym zastosowano aerozole koronawirusa do oceny skuteczności filtracji masek na twarz i filtrów powietrza - powiedział prof. Yun Shen z University of California w Riverside.

- Wcześniejsze badania wykorzystywały substytuty - roztwór soli, kulki polistyrenowe i bakteriofagi - grupę wirusów, które infekują bakterie - dodał.

Badania z wykorzystaniem zakaźnego wirusa są niebezpieczne, co wymaga przeprowadzania ich w laboratoriach o najwyższych ocenach bezpieczeństwa biologicznego. W nowym badaniu wykorzystano zarówno roztwór soli w aerozolu, jak i aerozol, który zawierał koronawirusa z tej samej rodziny, co wirus wywołujący COVID-19, ale był zakaźny tylko dla myszy.

Prof. Shen oraz Danmeng Shuai z George Washington University wyprodukowali filtr z nanowłókien, działając wysokim napięciem elektrycznym na kroplę ciekłego fluorku poliwinylidenu w celu przędzenia nici o średnicy około 300 nanometrów - około 167 razy cieńszych niż ludzki włos. W wyniku tego procesu na powierzchni nanowłókien powstały pory o średnicy zaledwie kilku mikrometrów, co pomogło im wyłapać 99,9 proc. aerozoli koronawirusa.

Ta technika produkcji jest znana jako elektroprzędzenie, opłacalna i może być stosowana do masowej produkcji filtrów z nanowłókien do środków ochrony osobistej i systemów filtracji powietrza. Elektroprzędzenie tworzy nanowłókna z ładunkiem elektrostatycznym, który zwiększa ich zdolność do wychwytywania aerozoli, a ich wysoka porowatość ułatwia oddychanie przy noszeniu elektroprzędzonych maseczek z nanowłókien.

- Elektroprzędzenie może przyspieszyć projektowanie i produkcję masek na twarz i filtrów powietrza - powiedział prof. Shen.

- Opracowanie nowych masek i filtrów powietrza metodą elektroprzędzenia jest obiecujące ze względu na ich wysoką wydajność w zakresie filtracji, wykonalność ekonomiczną i skalowalność - dodał.