フェイスシールド（および一部のN95マスク）が新型コロナウイルスの感染拡大を阻止できない様子を視覚化して示す

フロリダ アトランティック大学 2020 年 9 月 9 日

(画像をクリックすると全体像が表示されます。) フェイスシールドはジェットの最初の前方への動きを妨げますが、放出された飛沫はバイザーの周りを比較的容易に移動し、周囲の軽い外乱に応じて広範囲に広がります。 クレジット: フロリダ アトランティック大学工学部およびコンピューター サイエンス学部

FAU 工学・コンピューターサイエンス大学の視覚化研究は、フェイスシールドだけではなぜ機能しないのかを明らかにしています。

If the United States Centers for Disease Control and Prevention (CDC) guidelines aren't enough to convince you that face shields alone shouldn't be used to stop the spread of COVID-19First identified in 2019 in Wuhan, China, COVID-19, or Coronavirus disease 2019, (which was originally called "2019 novel coronavirus" or 2019-nCoV) is an infectious disease caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). It has spread globally, resulting in the 2019–22 coronavirus pandemic." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">COVID-19 の場合は、新しい視覚化研究が行われる可能性があります。

フェイスシールド単独と呼気弁付きフェイスマスクの有効性についての一般の意識を高めるため、フロリダアトランティック大学工学部およびコンピューターサイエンス学部の研究者は、定性的な視覚化を使用して、フェイスシールドとバルブ付きマスクがエアロゾルの拡散を阻止する上でどのように機能するかをテストしました。 -サイズの液滴。 通常のマスクに代わるこれらの代替品が広く一般に使用されると、緩和努力に悪影響を及ぼす可能性があります。

For the study, just published in the journal Physics of FluidsPhysics of Fluids is a monthly peer-reviewed scientific journal devoted to publishing original theoretical, computational, and experimental contributions to the understanding of the dynamics of gases, liquids, and complex or multiphase fluids. Established by the American Institute of Physics in 1958, Physics of Fluids is a preeminent journal covering fluid dynamics." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">流体の物理学では、研究者らはレーザー ライト シートと蒸留水とグリセリンの混合物を使用して実験室環境で流れの可視化を採用し、咳ジェットの内容物を構成する合成霧を生成しました。 彼らは、咳やくしゃみをシミュレートしながら、マネキンの口から放出される飛沫を視覚化しました。 プラスチック製のフェイスシールドとバルブ付きの N95 規格フェイスマスクを配置することで、飛沫の経路を計画し、それらがどのように機能するかを実証することができました。

フェイスシールドの性能を実証するために、研究者らは垂直レーザーシートに加えて水平レーザーシートを使用し、飛沫が水平面をどのように横切るかを明らかにした。 研究者らは、液滴の前方への拡散を観察しただけでなく、液滴が逆方向にも拡散することを発見した。 クレジット: フロリダ アトランティック大学工学部およびコンピューター サイエンス学部

研究の結果、フェイスシールドはジェットの最初の前方への動きを妨げるが、放出された飛沫は比較的容易にバイザーの周囲を移動し、周囲の軽い外乱に応じて広範囲に広がることが示された。 呼気ポートを備えたフェイスマスクの視覚化では、多数の飛沫がろ過されずに呼気バルブを通過し、発生源制御手段としての有効性が大幅に低下することが示されています。

「この最新の研究から、フェイスシールドは吐き出されたジェットの最初の前方への動きを阻止できるが、ジェットとともに放出されたエアロゾル化した液滴は比較的容易にバイザーの周りを移動できることが観察できました」とマンハール・ダナク氏は述べた。博士、SeaTech の学部長、教授、ディレクターであり、筆頭著者で助教授のシッダールタ ヴェルマ博士と論文の共著者。 ジョン・フランケンフェルドは技術専門家で、全員がFAUの海洋機械工学部に所属しています。 「時間の経過とともに、これらの液滴は、液滴濃度は低下しますが、横方向と縦方向の両方の広い範囲に拡散する可能性があります。」

研究者らはまた、呼気バルブを備えたN-95規格のフェイスマスクをテストしたところ、多数の飛沫がろ過されずに妨げられずにバルブを通過したため、呼気ポートにより発生源制御手段としてのマスクの有効性が大幅に低下することが判明した。 クレジット: フロリダ アトランティック大学工学部およびコンピューター サイエンス学部

フェイスシールドの性能を実証するために、研究者らは垂直レーザーシートに加えて水平レーザーシートを使用し、飛沫が水平面をどのように横切るかを明らかにした。 研究者らは、液滴の前方への拡散を観察しただけでなく、液滴が逆方向にも拡散することを発見した。 特に、フェイスシールドは吐き出された飛沫の前方への動きをある程度妨げますが、バルブ付きのマスクではさらに妨げられます。 ただし、エアロゾルサイズの液滴は環境中に放出されると、軽い周囲の乱れに応じて広範囲に分散します。

この研究で使用されたN-95規格のフェイスマスクと同様に、市販されている特定の布製マスクなどの他のタイプのマスクにも、フェイスマスクの両側に1つから2つの呼気ポートが装備されています。 この研究で使用された呼気弁を備えた N95 規格のフェイスマスクには、マスクの上部と鼻梁の間の隙間から少量の呼気液滴が漏れていました。 さらに、多数の液滴が濾過されず妨げられずにバルブを通過したため、呼気ポートにより発生源制御手段としてのマスクの有効性が大幅に低下しました。

噴出する噴流を妨げるために呼気ポートを備えた N95 マスクを使用したときの飛沫の拡散の視覚化。 クレジット: Siddhartha Verma、Manhar Dhanak、John Frankenfield

「通常の布製マスクや外科用マスクを透明なプラスチックのフェイスシールドに置き換えたり、呼気弁を備えたマスクを使用したりする傾向が増加している」とヴェルマ氏は述べた。 「この採用増加の原動力は、通常のマスクと比較して快適さが優れていることです。しかし、フェイスシールドには底部と側面に沿って顕著な隙間があり、呼気ポート付きのマスクには、吸入時の空気の流れを制限する一方向弁が含まれていますが、呼吸は可能です」空気は自由に流出します。吸入された空気はマスク素材を通して濾過されますが、吐き出された息は濾過されずにバルブを通過します。」

研究者らは、この最新の研究から得られた重要な点は、フェイスシールドや呼気弁付きのマスクは、エアロゾル化した飛沫の拡散を制限する点で通常のフェイスマスクほど効果的ではない可能性があることを示していると述べている。 これらの代替品によって快適性が向上しているにもかかわらず、フェイスシールドや呼気弁を備えたマスクの代わりに、しっかりとした構造の高品質の布製マスクや、シンプルなデザインのサージカルマスクを使用することが望ましいかもしれないと研究者らは述べている。 通常のマスクに代わる代替品が広く一般に普及すると、新型コロナウイルス感染症に対する現在進行中の緩和努力に悪影響を及ぼす可能性がある。

「新型コロナウイルス感染症の蔓延を阻止するための適切な顔を覆うことの重要性についてダナック教授とヴェルマ教授が行った研究は、文字通り世界に光を当てました」とFAU工学・コンピューターサイエンス学部長のステラ・バタラマ博士は述べた。 「フェイスカバーの必要性についての幅広い受け入れは確実に高まっているが、通常の布製マスクや外科用マスクの代わりに、透明なプラスチック製のフェイスシールドや呼気弁を備えたマスクを使用する人が増加傾向にある。この最新の研究は、重要な証拠を提供している。 CDCのガイドラインをさらに支持し、公衆の利益と公共の安全のためにフェイスカバーをより適切に選択するよう国民に知らせます。」

参考文献:「Visualizing Droplet Disparsal for Face Shields and Masks with Exhalation Valve」Siddhartha Verma、Manhar Dhanak、John Frankenfield著、2020 年 9 月 1 日、流体の物理学。DOI: 10.1063/5.0022968