COVID-19: Diese Masken sind am effektivsten gegen Aerosole

Schutzwirkungen von dreilagigen Maskendesigns

Zum Schutz vor COVID-19 sollten dreilagige Masken genutzt werden, da diese verglichen mit ein- oder zweilagige Alternativen am besten geeignet sind, um große durch Husten oder Niesen ausgeworfene Tröpfchen abzufangen und eine Übertragung der Viren zu verhindern.

Dreilagige Masken schützen einerseits davor, dass große Tropfen aufgenommen werden, andererseits verhindern solche Masken auch, dass diese Tropfen durch die Maske gelangen, wenn sie durch Husten oder Niesen ausgestoßen werden, so das Ergebnis einer Untersuchung unter der Beteiligung von Forschenden der University of California San Diego, des Indian Institute of Science und der University of Toronto. Die Studie wurde in dem englischsprachigen Fachblatt „Science Advances“ veröffentlicht.

Zerstäubung von Tröpfen wird verhindert

Es war unter Fachleuten bereits bekannt, dass Masken mit drei Lagen Partikel effektiv daran hindern, die Poren der Maske zu passieren. Jetzt zeigte sich zusätzlich, dass dreilagige Masken auch sehr effektiv verhindern, dass große Tröpfchen von Husten oder Niesen in kleinere Tröpfchen zerstäubt werden, berichten die Forschenden.

Gefahr durch Aerosole

Solche großen Hustentröpfchen können durch ein- und zweilagigen Masken hindurchdringen und zu viel kleineren Tröpfchen zerstäubt werden, was besonders kritisch ist, da diese kleineren Tröpfchen (oft Aerosole genannt) länger in der Luft verweilen können.

Das Team stellt fest, dass auch ein- und zweischichtige Masken Schutz bieten, indem sie einen Teil des Flüssigkeitsvolumens des ursprünglichen Tröpfchens blockieren. Daher seien solche Masken natürlich deutlich besser, als wenn Menschen überhaupt keine Maske tragen, betonen die Forschenden.

Entwicklung von neuen Maskendesigns?

Die Forschenden hoffen, dass ihre erzielten Erkenntnisse über die ideale Porengröße der Maske, die Materialstärke und die Schichtung von Herstellern genutzt werden können, um die effektivsten Designs zu entwickeln.

Atemtropfen können durch Maske gelangen

Die Fachleute fanden heraus, dass große Atemtropfen, welche sogenannte virusemulierende Partikel (VEPs) enthalten, tatsächlich zerstäubt werden, wenn sie auf eine einschichtige Maske treffen. Dadurch passieren viele dieser Partikel die Schicht. Die Forschenden beschreiben den Vorgang so, als würde ein Wassertropfen in kleinere Tröpfchen zerfallen, während er durch ein Sieb gepresst wird.

Schutzwirkung von Masken bei Husten oder Niesen

Bei einem 620 Mikrometer großen Tröpfchen – der Größe eines großen Tröpfchens beim Husten oder Niesen – schränkt eine einlagige chirurgische Maske nur etwa 30 Prozent des Tröpfchenvolumens ein, berichtet das Team. Eine zweilagige Maske schränke dagegen etwa 91 Prozent ein. Die Forschenden erklären weiter, dass eine dreilagige Maske einen vernachlässigbaren Tröpfchenauswurf bewirkt, der fast bei Null liege.

Mangelnde Schutzwirkung einlagiger Masken

„Während man erwartet, dass große Feststoffpartikel im Bereich von 500 bis 600 Mikrometern von einer einlagigen Maske mit einer durchschnittlichen Porengröße von 30 Mikrometern aufgehalten werden sollten, zeigen wir, dass dies bei Flüssigkeitströpfchen nicht der Fall ist”, so Studienautor Professor Abhishek Saha von der UC San Diego.

Tröpfen werden dispergiert und durch Maske gedrückt

„Wenn diese größeren Atemtropfen eine ausreichende Geschwindigkeit haben, was beim Husten oder Niesen der Fall ist, werden sie, wenn sie auf einer einzelnen Schicht dieses Materials landen, dispergiert und durch die kleineren Poren der Maske gepresst, erklärt der Experte in einer Pressemitteilung.

Kleine Tröpfchen überbrücken größere Entfernungen

Genau dies führt zu Problemen. Modelle der Tröpfchenphysik haben bereits gezeigt, dass die großen Tröpfchen aufgrund der Schwerkraft sehr schnell zu Boden fallen, erläutern die Forschenden. Die nun kleineren 50 bis 80 Mikrometer großen Tröpfchen, welche durch die erste und zweite Schicht einer Maske gelangen, verweilen dagegen in der Luft, wo sie sich über größere Entfernungen auf Menschen übertragen können, berichtet das Team.

Als im letzten Jahr die COVID-19-Pandemie ausbrach, richteten die Forschenden ihre Aufmerksamkeit auf die Physik der Atemtropfen und untersuchen seitdem den Transport dieser Atemtropfen und ihre Rolle bei der Übertragung von COVID-19.

„Wir führen in unseren Labors häufig Tröpfchenaufprall-Experimente durch. Für diese Studie wurde ein spezieller Generator verwendet, um ein relativ schnell bewegliches Tröpfchen zu erzeugen. Das Tröpfchen sollte dann auf einem Stück Maskenmaterial landen – dies konnte eine einzelne, doppelte oder dreifache Schicht sein, je nachdem, was wir testeten. Gleichzeitig verwendeten wir eine Hochgeschwindigkeitskamera, um zu sehen, was mit dem Tröpfchen passiert“, berichtet Professor Saha.

Untersuchung von Maskenmaterialien ist geplant

Mit dem Tröpfchengenerator konnten die Fachleute die Größe und Geschwindigkeit der Tröpfchen verändern, um zu untersuchen, wie sich dies auf die Strömung der Partikel auswirkt. Für die Zukunft plant das Team, die Rolle verschiedener Maskenmaterialien sowie den Effekt von feuchten oder nassen Masken auf die Partikelabsorption zu untersuchen. (as)