Centre of Excellence for Protective Equipment and Materials (CEPEM), 1280 Main St. W., Hamilton, ON, Kanada
Benotzt de Link hei ënnen fir déi voll Textversioun vun dësem Artikel mat Äre Frënn a Kollegen ze deelen.léier méi.
Ëffentlech Gesondheetsagenturen empfeelen d'Gemeinschaften Masken ze benotzen fir d'Verbreedung vu Loftkrankheeten wéi COVID-19 ze reduzéieren.Wann d'Mask als Héicheffizienzfilter wierkt, gëtt d'Verbreedung vum Virus reduzéiert, dofir ass et wichteg d'Partikelfiltratiounseffizienz (PFE) vun der Mask ze evaluéieren.Wéi och ëmmer, déi héich Käschten a laang Leadzäite verbonne mam Kaf vun engem schlësselfäerdege PFE System oder d'Astellung vun engem akkreditéierte Laboratoire behënneren d'Tester vu Filtermaterialien.Et gëtt kloer e Besoin fir eng "personaliséiert" PFE Test System;awer, déi verschidde Standarden déi PFE Testen vun (medezinesch) Masken virschreift (zum Beispill ASTM International, NIOSH) variéieren immens an der Kloerheet vun hire Protokoller a Richtlinnen.Hei gëtt d'Entwécklung vun engem "internen" PFE System a Methode fir d'Masken am Kontext vun den aktuellen medizinesche Maskennormen ze testen beschriwwen.Geméiss ASTM international Standards benotzt de System Latex Kugelen (0,1 µm nominell Gréisst) Aerosolen a benotzt e Laser Partikel Analyser fir d'Partikelkonzentratioun upstream a downstream vum Maskmaterial ze moossen.Maacht PFE Miessunge op verschidde gemeinsame Stoffer a medizinesche Masken.D'Method, déi an dëser Aarbecht beschriwwe gëtt, entsprécht den aktuellen Normen vum PFE-Test, wärend Flexibilitéit ubitt fir sech un änneren Bedierfnesser a Filterbedéngungen unzepassen.
Ëffentlech Gesondheetsagenturen recommandéieren datt d'Allgemeng Bevëlkerung Masken droen fir d'Verbreedung vum COVID-19 an aner Tropfen an Aerosol-gebuerene Krankheeten ze limitéieren.[1] D'Ufuerderung fir Masken ze droen ass effektiv fir d'Transmissioun ze reduzéieren, an [2] beweist datt ongetest Gemeinschaftsmasken nëtzlech Filteren ubidden.Tatsächlech hunn Modellerstudien gewisen datt d'Reduktioun vun der COVID-19 Iwwerdroung bal proportional zum kombinéierte Produkt vun der Maskeffizienz an der Adoptiounsrate ass, an dës an aner Bevëlkerungsbaséiert Moossnamen hunn e synergisteschen Effekt fir d'Spidolisatiounen an Doudesfäll ze reduzéieren.[3]
D'Zuel vun zertifizéierte medizinesche Masken an Otemschwieregkeeten erfuerderlech vun der Gesondheetsariichtung an aner Frontlineaarbechter ass dramatesch eropgaang, stellt Erausfuerderunge fir existent Fabrikatiouns- a Versuergungsketten, a verursaacht nei Hiersteller fir nei Materialien séier ze testen an ze zertifiéieren.Organisatiounen wéi ASTM International an National Institute of Occupational Safety and Health (NIOSH) hunn standardiséierte Methoden entwéckelt fir medizinesch Masken ze testen;awer, d'Detailer vun dëse Methoden variéieren dicht, an all Organisatioun huet seng eege Leeschtung Standarden etabléiert.
Partikelfiltratiounseffizienz (PFE) ass déi wichtegst Charakteristik vun enger Mask well et mat senger Fäegkeet verbonnen ass kleng Partikelen wéi Aerosolen ze filteren.Medizinesch Maske musse spezifesch PFE Ziler [4-6] erfëllen fir vu Reguléierungsagenturen wéi ASTM International oder NIOSH zertifizéiert ze ginn.Chirurgesch Maske gi vun ASTM zertifizéiert, an N95 Otemschwieregkeeten si vum NIOSH zertifizéiert, awer béid Maske musse spezifesch PFE-Ofschnëttwäerter passéieren.Zum Beispill mussen N95 Masken 95% Filtratioun fir Aerosole erreechen, déi aus Salzpartikelen mat engem Duerchschnëttsduerchmiesser vun 0.075 µm zesummegesat sinn, während ASTM 2100 L3 chirurgesch Masken 98% Filtratioun fir Aerosole erreechen musse besteet aus Latexbäll mat engem Duerchschnëttsduerchmiesser vun 0.1 µm Filter. .
Déi éischt zwou Optiounen sinn deier (> $ 1,000 pro Testprobe, geschat op > $ 150,000 fir spezifizéiert Ausrüstung), a wärend der COVID-19 Pandemie ginn et Verspéidungen wéinst laange Liwwerzäiten a Versuergungsprobleemer.Déi héich Käschte vum PFE Testen a limitéierten Zougangsrechter - kombinéiert mat engem Manktem u kohärent Leedung iwwer standardiséierte Leeschtungsbewäertungen - hunn d'Fuerscher dozou bruecht eng Vielfalt vu personaliséierten Testsystemer ze benotzen, déi dacks op engem oder méi Standarde fir zertifizéiert medizinesch Masken baséieren.
Déi speziell Maskematerial Testausrüstung, déi an der existéierender Literatur fonnt gëtt, ass normalerweis ähnlech wéi déi uewe genannte NIOSH oder ASTM F2100 / F2299 Standards.Wéi och ëmmer, d'Fuerscher hunn d'Méiglechkeet d'Design- oder Operatiounsparameter ze wielen oder z'änneren no hire Virléiften.Zum Beispill, Ännerungen an der Probe Uewerfläch Geschwindegkeet, Loft / Aerosol Flux Taux, Prouf Gréisst (Fläch), an Aerosol Partikel Zesummesetzung goufen benotzt.Vill rezent Studien hu personaliséiert Ausrüstung benotzt fir Maskmaterial ze evaluéieren.Dës Ausrüstung benotzt Natriumchlorid Aerosolen a sinn no bei den NIOSH Standarden.Zum Beispill, Rogak et al.(2020), Zangmeister et al.(2020), Drunn et al.(2020), Joo et al.(2021) All konstruéiert Ausrüstung wäert Natriumchlorid Aerosol produzéieren (verschidde Gréissten), déi duerch elektresch Ladung neutraliséiert gëtt, verdünnt mat gefilterter Loft an an d'Materialprobe geschéckt ginn, wou optesch Partikelgréisst, kondenséiert Partikel vu verschiddene Kombinéiert Partikelkonzentratiounsmessung [9, 14-16] Konda et al.(2020), Hao et al.(2020) En ähnlechen Apparat gouf gebaut, awer de Ladungsneutralisator war net abegraff.[8, 17] An dëse Studien, variéiert d'Loftgeschwindegkeet an der Probe tëscht 1 an 90 L min-1 (heiansdo fir Flow /Geschwindegkeet Effekter z'entdecken);awer, der Uewerfläch Vitesse war tëscht 5,3 an 25 cm s-1 tëscht.D'Probegréisst schéngt tëscht ≈3,4 an 59 cm2 ze variéieren.
Am Géigendeel, et gi wéineg Studien iwwer d'Evaluatioun vu Maskematerialien duerch Ausrüstung mat Latex Aerosol, wat no dem ASTM F2100 / F2299 Standard ass.Zum Beispill, Bagheri et al.(2021), Schank et al.(2016), Lu et al.(2020) Konstruéiert en Apparat fir Polystyrol-Latex-Aerosol ze produzéieren, dee verdünnt an op Materialproben geschéckt gouf, wou verschidde Partikelanalysatoren oder Scannen Mobilitéitspartikelgréisst Analysatore benotzt gi fir Partikelkonzentratioun ze moossen.[18-20] Lu et al.E Ladungsneutralisator gouf downstream vun hirem Aerosolgenerator benotzt, an d'Autoren vun deenen aneren zwou Studien net.D'Loftflow an der Probe huet och liicht geännert - awer bannent de Grenze vum F2299 Standard - vun ≈7.3 op 19 L min-1.D'Loftflächegeschwindegkeet studéiert vu Bagheri et al.ass 2 an 10 cm s-1 (am Standardberäich), respektiv.Lu et al., Shakya et al.[18-20] Zousätzlech, den Auteur an Shakya et al.getest Latex Kugelen vu verschiddene Gréissten (dh insgesamt 20 nm bis 2500 nm).An Lu et al.Op d'mannst an e puer vun hiren Tester benotze se déi spezifizéiert 100 nm (0,1 µm) Partikelgréisst.
An dëser Aarbecht beschreiwen mir d'Erausfuerderungen, déi mir stellen fir e PFE-Apparat ze kreéieren deen esou vill wéi méiglech mat den existente ASTM F2100 / F2299 Standards entsprécht.Ënnert den Haaptpopuläre Standarden (dh NIOSH an ASTM F2100 / F2299), bitt den ASTM Standard méi Flexibilitéit a Parameteren (wéi Loftflossrate) fir d'Filterleistung ze studéieren, déi PFE an net-medizinesche Masken beaflosse kënnen.Wéi och ëmmer, wéi mir bewisen hunn, bitt dës Flexibilitéit en zousätzleche Komplexitéitsniveau beim Design vun esou Ausrüstung.
D'Chemikalien goufen vum Sigma-Aldrich kaaft a benotzt wéi se sinn.Styrenmonomer (≥99%) gëtt duerch eng Glaskolonne gereinegt mat engem Aluminiumoxid-Inhibitor Remover, deen entwéckelt ass fir Tert-Butylcatechol ze entfernen.Deioniséiert Waasser (≈0,037 µS cm–1) kënnt aus dem Sartorius Arium Waasserreinigungssystem.
100% Koteng Einfache Weben (Muslin CT) mat engem nominale Gewiicht vun 147 gm-2 kënnt aus Veratex Lining Ltd., QC, an d'Bambus / Spandex Mëschung kënnt aus D. Zinman Textiles, QC.Aner Kandidat Mask Material kommen aus lokal Stoff Händler (Fabricland).Dës Materialien enthalen zwee verschidde 100% Koteng gewéckelt Stoffer (mat verschiddene Printen), ee Kotteng / Spandex Strécke Stoff, zwee Kotteng / Polyester Strécke Stoffer (een "Universal" an een "Sweater Stoff") an e Net-Ënner Koteng / Polypropylen gemëscht Koteng batting Material.Dësch 1 weist e Resumé vun bekannt Stoff Eegeschafte.Fir déi nei Ausrüstung ze benchmarkéieren, goufen zertifizéiert medizinesch Masken aus lokalen Spideeler kritt, dorënner ASTM 2100 Level 2 (L2) an Level 3 (L3; Halyard) zertifizéiert medizinesch Masken an N95 Otemschwieregkeeten (3M).
Eng kreesfërmeg Probe vun ongeféier 85 mm Duerchmiesser gouf aus all Material geschnidden fir ze testen;keng weider Ännerungen am Material gemaach (zum Beispill wäschen).Klemmt d'Stoffschleife am Probehalter vum PFE-Apparat fir ze testen.Den aktuellen Duerchmiesser vun der Probe am Kontakt mam Loftfluss ass 73 mm, an déi verbleiwen Materialien gi benotzt fir d'Probe fest ze fixéieren.Fir déi versammelt Mask ass d'Säit, déi d'Gesiicht beréiert, ewech vun der Aerosol vum geliwwertem Material.
Synthese vu monodispersen anionesche Polystyrol-Latexkugelen duerch Emulsiounspolymeriséierung.No der Prozedur, déi an der viregter Etude beschriwwe gouf, gouf d'Reaktioun an engem semi-batch-Modus vun der Monomerhongerung duerchgefouert.[21, 22] Füügt deioniséiertem Waasser (160 mL) an eng 250 mL dräi-hals Ronn-Ënnerkolbe a setzt se an e Rührölbad.D'Fläsch gouf dunn mat Stickstoff gespuert an inhibitorfräi Styrenmonomer (2,1 ml) gouf an d'gespuert, gerührte Kolbe bäigefüügt.No 10 Minutte bei 70 °C, addéiere mer Natriumlaurylsulfat (0,235 g) opgeléist an deioniséiertem Waasser (8 ml).No weider 5 Minutten gouf Kaliumpersulfat (0,5 g) opgeléist an deioniséiertem Waasser (2 ml) derbäigesat.Iwwer déi nächst 5 Stonnen benotzt eng Sprëtzpompel fir lues zousätzlech Inhibitorfräi Styrol (20 ml) an d'Fläsch mat enger Rate vu 66 µL min-1 ze sprëtzen.Nodeems d'Styreninfusioun ofgeschloss war, ass d'Reaktioun fir eng aner 17 Stonnen weidergaang.Duerno gouf d'Fläsch opgemaach a gekillt fir d'Polymeriséierung ofzeschléissen.Déi synthetiséiert Polystyrol-Latex-Emulsioun gouf géint deioniséiertem Waasser an engem SnakeSkin-Dialyseröhre (3500 Da Molekulargewiicht ofgeschnidden) fir fënnef Deeg dialyséiert, an dat deioniséiertem Waasser gouf all Dag ersat.Huelt d'Emulsioun aus dem Dialyseröhre a späichert se am Frigo bei 4°C bis zum Gebrauch.
Dynamesch Liichtstreuung (DLS) gouf mam Brookhaven 90Plus Analyser duerchgefouert, d'Laserwellelängt war 659 nm, an den Detektorwénkel war 90°.Benotzt déi agebaute Partikelléisungssoftware (v2.6; Brookhaven Instruments Corporation) fir d'Donnéeën ze analyséieren.D'Latexsuspension gëtt mat deioniséiertem Waasser verdünnt bis d'Partikelzuel ongeféier 500 Tausend Konte pro Sekonn (kcps) ass.D'Partikelgréisst gouf festgeluecht fir 125 ± 3 nm ze sinn, an déi gemellt Polydispersitéit war 0,289 ± 0,006.
En ZetaPlus Zeta Potential Analyser (Brookhaven Instruments Corp.) gouf benotzt fir de gemoossene Wäert vum Zeta Potential am Phase Analyse Liicht Streuungsmodus ze kréien.D'Probe gouf virbereet andeems en Aliquot vu Latex zu enger 5 × 10-3m NaCl Léisung bäigefüügt gëtt an d'Latexsuspension erëm verdünnt fir eng Partikelzuel vun ongeféier 500 kcps z'erreechen.Fënnef widderholl Miessunge (jidderee besteet aus 30 Runen) goufen duerchgefouert, wat zu engem Zetapotenzialwäert vun -55,1 ± 2,8 mV resultéiert, wou de Feeler d'Standardabweichung vum Duerchschnëttswäert vun de fënnef Wiederholungen duerstellt.Dës Miessunge weisen datt d'Partikel negativ gelueden sinn an eng stabil Suspension bilden.DLS an Zeta Potential Daten kënnen an den ënnerstëtzende Informatiounstabellen S2 an S3 fonnt ginn.
Mir hunn d'Ausrüstung am Aklang mat ASTM International Standards gebaut, wéi et hei ënnendrënner beschriwwe gëtt an an der Figur 1. D'Single-Jet Blaustein Atomisatiounsmodul (BLAM; CHTech) Aerosol Generator gëtt benotzt fir Aerosole mat Latexbäll ze produzéieren.De gefilterte Loftstroum (erzielt duerch de GE Healthcare Whatman 0,3 µm HEPA-CAP an 0,2 µm POLYCAP TF Filteren a Serie) geet an den Aerosolgenerator bei engem Drock vun 20 psi (6,9 kPa) an atomiséiert en Deel vum 5 mg L-1 Suspension D'Flëssegkeet gëtt an de Latexkugel vun der Ausrüstung duerch eng Sprëtzpompel (KD Scientific Model 100) injizéiert.Déi aerosoliséierter naass Partikele ginn getrocknegt andeems de Loftstroum passéiert, deen den Aerosolgenerator duerch en tubuläre Wärmetauscher verléisst.Den Wärmetauscher besteet aus engem 5/8 Zoll Edelstahl-Röhre gewéckelt mat enger 8-Fouss laang Heizspiral.D'Ausgab ass 216 W (BriskHeat).No sengem justierbaren Dial ass d'Heizungsausgang op 40% vum maximale Wäert vum Apparat gesat (≈86 W);dëst produzéiert eng Moyenne baussegt Mauer Temperatur vun 112 ° C (Standard deviation ≈1 ° C), déi duerch eng Uewerfläch-montéiert thermocouple (Taylor USA) Miessung bestëmmt gëtt.Figur S4 an der ënnerstëtzend Informatioun resüméiert d'Heizleistung.
Déi gedréchent atomiséiert Partikel ginn dann mat engem gréissere Volumen vu gefilterter Loft gemëscht fir eng total Loftflossrate vun 28,3 L min-1 ze erreechen (dat ass 1 Kubikmeter pro Minutt).Dëse Wäert gouf gewielt well et de genaue Flowrate vum Laserpartikelanalysatorinstrument ass, deen de System erofgeet.De Loftstroum, deen d'Latexpartikelen droen, gëtt an eng vun zwou identesch vertikale Kammer geschéckt (dh glatwandeg Edelstahl-Réier): eng "Kontroll" Chamber ouni Maskmaterial, oder eng kreesfërmeg geschniddene "Probe" Chamber-benotzt eraushuelbar De Probehalter gëtt ausserhalb vum Stoff agebaut.Den banneschten Duerchmiesser vun den zwou Kammeren ass 73 mm, wat dem banneschten Duerchmiesser vum Probehalter entsprécht.D'Probehalter benotzt grooved Réng an agebaute Bolzen fir d'Maskematerial enk ze versiegelen, an dann den eraushuelbare Klammer an d'Spalt vun der Probekammer setzen, a se an den Apparat mat Gummi-Dichtungen a Klameren dichten (Figure S2, Ënnerstëtzungsinformatioun).
Den Duerchmiesser vun der Stoffprobe am Kontakt mam Loftfluss ass 73 mm (Fläch = 41,9 cm2);et gëtt während dem Test an der Probekammer versiegelt.De Loftfloss, deen d'"Kontroll" oder "Probe" Chamber verléisst, gëtt an e Laser-Partikelanalysator (Partikelmiessungssystem LASAIR III 110) iwwerginn fir d'Zuel an d'Konzentratioun vu Latexpartikelen ze moossen.De Partikelanalysator spezifizéiert déi ënnescht an iewescht Grenze vun der Partikelkonzentratioun, respektiv 2 × 10-4 an ≈34 Partikelen pro Kubikmeter (7 an ≈950 000 Partikelen pro Kubikmeter).Fir d'Messung vun der Latexpartikelkonzentratioun gëtt d'Partikelkonzentratioun an enger "Këscht" mat enger ënneschter Limit an enger ieweschter Limit vun 0,10-0,15 µm gemellt, entspriechend der geschätzter Gréisst vun Singlet-Latexpartikelen an der Aerosol.Wéi och ëmmer, aner Behältergréissten kënnen benotzt ginn, a verschidde Behälter kënnen zur selwechter Zäit evaluéiert ginn, mat enger maximaler Partikelgréisst vu 5 µm.
D'Ausrüstung enthält och aner Ausrüstung, wéi Ausrüstung fir d'Kammer an d'Partikelanalysator mat propperer gefilterter Loft ze spülen, souwéi néideg Ventile an Instrumenter (Figur 1).Déi komplett Päif- an Instrumentatiounsdiagrammer ginn an der Figur S1 an Table S1 vun der Ënnerstëtzungsinformatioun gewisen.
Wärend dem Experiment gouf d'Latexsuspension an den Aerosolgenerator mat enger Flowrate vun ≈60 bis 100 µL min-1 injizéiert fir e stabile Partikelausgang ze halen, ongeféier 14-25 Partikel pro Kubikzentimeter (400 000-pro Kubikzentimeter) 700 000 Partikel).Féiss) an enger Behälter mat enger Gréisst vun 0,10-0,15 µm.Dëse Flowgeschwindegkeetsberäich ass erfuerderlech wéinst den observéierten Ännerungen an der Konzentratioun vu Latexpartikelen no ënnen vum Aerosolgenerator, wat zu Verännerungen an der Quantitéit vun der Latexsuspension, déi duerch d'Flëssegkeetsfall vum Aerosolgenerator zougeschriwwe ginn ass.
Fir de PFE vun enger bestëmmter Stoffprobe ze moossen, gëtt de Latexpartikelaerosol als éischt duerch de Kontrollraum transferéiert an dann an de Partikelanalysator geriicht.Mooss kontinuéierlech d'Konzentratioun vun dräi Partikelen a séier nofolgend, all dauert eng Minutt.De Partikelanalysator bericht d'Zäitduerchschnëttskonzentratioun vu Partikelen während der Analyse, dat heescht déi duerchschnëttlech Konzentratioun vu Partikelen an enger Minutt (28,3 L) vun der Probe.Nodeems Dir dës Baselinemiessunge gemaach hutt fir e stabile Partikelzuel a Gasflossrate z'etabléieren, gëtt den Aerosol an d'Probekammer transferéiert.Wann de System Gläichgewiicht erreecht (normalerweis 60-90 Sekonnen), ginn aner dräi opfolgend Miessunge vun enger Minutt a séier nofolgend gemaach.Dës Probemiessunge representéieren d'Konzentratioun vu Partikelen, déi duerch de Stoffprobe passéieren.Duerno, andeems den Aerosolfloss zréck an d'Kontrollraum opgedeelt gouf, goufen nach dräi Partikelkonzentratiounsmessungen aus dem Kontrollraum geholl fir z'iwwerpréiwen datt d'Upstream Partikelkonzentratioun net wesentlech wärend dem ganze Probebewäertungsprozess geännert huet.Well den Design vun den zwou Chambers d'selwecht ass - ausser datt d'Probekammer de Probehalter ka matmaachen - kënnen d'Flowbedéngungen an der Chamber d'selwecht ugesi ginn, sou datt d'Konzentratioun vu Partikelen am Gas aus der Kontrollkammer an der Probekammer verléisst. kënne verglach ginn.
Fir d'Liewensdauer vum Partikelanalysatorinstrument z'erhalen an d'Aerosolpartikelen am System tëscht all Test ze läschen, benotzt en HEPA gefilterte Loftstrahl fir de Partikelanalysator no all Messung ze botzen, an d'Probekammer botzen ier Dir Proben ännert.Gitt w.e.g. op Figur S1 an der Ënnerstëtzungsinformatioun fir e schemateschen Diagramm vum Loftspühlsystem op dem PFE-Apparat.
Dës Berechnung representéiert eng eenzeg "widderholl" PFE Messung fir eng eenzeg Materialprobe an ass gläichwäerteg mat der PFE Berechnung an ASTM F2299 (Equatioun (2)).
D'Materialien, déi am §2.1 beschriwwe ginn, goufen mat Latex-Aerosolen erausgefuerdert mat der PFE-Ausrüstung, déi am §2.3 beschriwwe gëtt, fir hir Gëeegentheet als Maskmaterial ze bestëmmen.Figur 2 weist d'Messungen, déi vum Partikelkonzentratiounsanalysator kritt goufen, an d'PFE Wäerter vu Pullover Stoffer a Fliedermais ginn zur selwechter Zäit gemooss.Dräi Probeanalyse goufen fir insgesamt zwee Materialien a sechs Wiederholungen gemaach.Selbstverständlech ass déi éischt Liesung an engem Set vun dräi Liesungen (schattéiert mat enger méi hell Faarf) normalerweis anescht wéi déi aner zwou Liesungen.Zum Beispill ënnerscheet déi éischt Liesung vun der Moyenne vun den aneren zwee Liesungen an den 12-15 Triple an der Figur 2 ëm méi wéi 5%.Dës Observatioun ass am Zesummenhang mat der Gläichgewiicht vun der Aerosol-haltege Loft duerch de Partikelanalysator fléisst.Wéi an Material a Methoden diskutéiert, goufen d'Gläichgewiicht Liesungen (zweet an drëtt Kontroll a Prouf Liesungen) benotzt fir d'PFE an donkelblo a rout Schatten an der Figur 2 ze berechnen, respektiv.Insgesamt ass den duerchschnëttleche PFE-Wäert vun den dräi Replikater 78% ± 2% fir Pullover Stoff an 74% ± 2% fir Kotteng Fliedermausmaterial.
Fir d'Performance vum System ze benchmarken, goufen ASTM 2100 zertifizéiert medizinesch Masken (L2, L3) an NIOSH Otemschwieregkeeten (N95) och bewäert.Den ASTM F2100 Standard setzt d'Ënnermikron Partikelfiltratiounseffizienz vun 0,1 µm Partikele vun Niveau 2 an Niveau 3 Masken op ≥ 95% respektiv ≥ 98%.[5] Ähnlech mussen NIOSH-zertifizéiert N95 Otemschwieregkeeten eng Filtratiounseffizienz vun ≥95% fir atomiséiert NaCl Nanopartikele mat engem Duerchschnëttsduerchmiesser vun 0.075 µm weisen.[24] Rengasamy et al.Laut Berichter weisen ähnlech N95 Masken e PFE Wäert vun 99.84% -99.98%, [25] Zangmeister et al.Laut Berichter produzéiert hir N95 e Minimum Filtratiounseffizienz vu méi wéi 99,9%, [14] wärend Joo et al.Laut Berichter hunn 3M N95 Masken 99% vun PFE (300 nm Partikelen) produzéiert, [16] an Hao et al.Déi gemellt N95 PFE (300 nm Partikel) ass 94,4%.[17] Fir déi zwou N95 Masken erausgefuerdert vum Shakya et al.mat 0,1 µm Latexbäll ass de PFE ongeféier tëscht 80% an 100% erofgaang.[19] Wann Lu et al.Mat Latexbäll vun der selwechter Gréisst fir N95 Masken ze evaluéieren, gëtt den Duerchschnëtts PFE gemellt op 93,8%.[20] D'Resultater, déi mat der Ausrüstung, déi an dëser Aarbecht beschriwwe ginn, kritt goufen, weisen datt de PFE vun der N95 Mask 99.2 ± 0.1% ass, wat am gudden Accord mat de meeschte fréiere Studien ass.
Chirurgesch Masken goufen och a verschiddene Studien getest.D'chirurgesch Masken vum Hao et al.huet e PFE (300 nm Partikel) vun 73,4% gewisen, [17] während déi dräi chirurgesch Masken, déi vum Drewnick et al.De produzéierte PFE läit tëscht ongeféier 60% bis bal 100%.[15] (Déi lescht Mask kann e zertifizéierte Modell sinn.) Allerdéngs Zangmeister et al.Laut Berichter ass d'Mindestfiltratiounseffizienz vun den zwou getestte chirurgesch Masken nëmme liicht méi héich wéi 30%, [14] wäit manner wéi déi chirurgesch Masken déi an dëser Etude getest goufen.Ähnlech ass déi "blo chirurgesch Mask" getest vum Joo et al.Beweist datt PFE (300 nm Partikel) nëmmen 22% ass.[16] Shakya et al.gemellt datt de PFE vun chirurgeschen Masken (mat 0,1 µm Latexpartikelen) ongeféier ëm 60-80% erofgaang ass.[19] Mat Latexbäll vun der selwechter Gréisst huet d'Lu et al.[20] Am Verglach ass de PFE vun eiser L2 Mask 94,2 ± 0,6%, an de PFE vun der L3 Mask ass 94,9 ± 0,3%.Och wann dës PFEs vill PFEs an der Literatur iwwerschreiden, musse mir bemierken datt et bal keen Zertifizéierungsniveau an der viregter Fuerschung ernimmt gëtt, an eis chirurgesch Masken hunn Niveau 2 an Niveau 3 Zertifizéierung kritt.
Am selwechte Wee wéi d'Kandidaten-Maskematerialien an der Figur 2 analyséiert goufen, goufen dräi Tester op déi aner sechs Materialien ausgefouert fir hir Eegenheet an der Mask ze bestëmmen an d'Operatioun vum PFE-Apparat ze demonstréieren.Figur 3 plott d'PFE Wäerter vun all getest Materialien a vergläicht se mat de PFE Wäerter kritt duerch Evaluatioun vun zertifizéiert L3 an N95 Mask Materialien.Vun den 11 Masken / Kandidat Mask Materialien fir dës Aarbecht ausgewielt, kann eng breet Palette vun PFE Leeschtung kloer gesi ginn, rangéiert vun ≈10% bis no bei 100%, konsequent mat anere Studien, [8, 9, 15] an Industrie Descriptoren Et gëtt keng kloer Relatioun tëscht PFE an PFE.Zum Beispill, Material mat enger ähnlecher Zesummesetzung (zwee 100% Koteng Echantillon a Koteng Muslin) weisen ganz verschidde PFE Wäerter (14%, 54%, respektiv 13%).Awer et ass essentiell datt niddereg Leeschtung (zum Beispill 100% Koteng A; PFE ≈ 14%), mëttel Leeschtung (zum Beispill 70%/30% Koteng / Polyester Mëschung; PFE ≈ 49%) an héich Leeschtung (zum Beispill, Pullover Stoff; PFE ≈ 78%) De Stoff kann kloer identifizéiert ginn mat der PFE Ausrüstung, déi an dësem Wierk beschriwwe gëtt.Besonnesch Pullover Stoffer a Koteng Batting Materialien hunn ganz gutt gemaach, mat PFEs vu 70% bis 80%.Esou héich performant Materialien kënnen identifizéiert a méi detailléiert analyséiert ginn fir d'Charakteristiken ze verstoen déi zu hirer héijer Filtratiounsleeschtung bäidroen.Wéi och ëmmer, mir wëllen drun erënneren datt well d'PFE Resultater vu Materialien mat ähnlechen Industriebeschreiwungen (dh Kottengmaterialien) ganz ënnerschiddlech sinn, dës Donnéeë weisen net un wéi eng Materialien allgemeng nëtzlech sinn fir Stoffmasken, a mir wëllen net d'Eegeschafte ofginn- Material Kategorien.Leeschtung Relatioun.Mir bidden spezifesch Beispiller fir d'Eechung ze demonstréieren, ze weisen datt d'Miessung déi ganz Palette vu méiglecher Filtratiounseffizienz deckt a gitt d'Gréisst vum Miessfehler.
Mir hunn dës PFE Resultater kritt fir ze beweisen datt eis Ausrüstung eng breet Palette vu Miessfäegkeeten huet, niddereg Feeler, a verglach mat Daten an der Literatur kritt.Zum Beispill, Zangmeister et al.D'PFE-Resultater vu verschiddene gewéckelte Kottengstoffer (zB "Cotton 1-11″) (89 bis 812 thread pro Zoll) ginn gemellt.An 9 vun den 11 Materialien läit d'"Minimum Filtratiounseffizienz" vun 0% bis 25%;de PFE vun deenen aneren zwee Materialien ass ongeféier 32%.[14] Ähnlech, Konda et al.D'PFE Daten vun zwee Kotteng Stoffer (80 an 600 TPI; 153 an 152 gm-2) ginn gemellt.D'PFE laut vu 7% bis 36% respektiv 65% bis 85%.An der Studie vum Drewnick et al., an eenzel-Schicht Koteng Stoffer (dh Koteng, Koteng Strécken, moleton; 139-265 TPI; 80-140 gm-2), ass d'Gamme vu Material PFE ongeféier 10% bis 30%.An der Etude vum Joo et al., hir 100% Koteng Material huet eng PFE vun 8% (300 nm Partikel).Bagheri et al.benotzt Polystyrol-Latex-Partikel vun 0,3 bis 0,5 µm.De PFE vu sechs Kottengmaterialien (120-200 TPI; 136-237 gm-2) gouf gemooss, rangéiert vun 0% bis 20%.[18] Dofir sinn déi meescht vun dëse Materialien am gudden Accord mat de PFE Resultater vun eisen dräi Kotteng Stoffer (dh Veratex Muslin CT, Fabric Store Cottons A a B), an hir duerchschnëttlech Filtratiounseffizienz ass 13%, 14% respektiv.54%.Dës Resultater weisen datt et grouss Differenzen tëscht Kotengmaterialien sinn an datt d'Materialeigenschaften déi zu héijer PFE féieren (dh Konda et al.'s 600 TPI Koteng; eis Kotteng B) schlecht verstanen sinn.
Wann Dir dës Vergläicher maacht, ginn mir zou datt et schwéier ass an der Literatur getest Materialien ze fannen déi déiselwecht Charakteristiken hunn (dh Material Zesummesetzung, Weben a Strécken, TPI, Gewiicht, etc.) mat de Materialien déi an dëser Etude getest goufen, an kann also net direkt vergläicht ginn.Zousätzlech maachen d'Ënnerscheeder an den Instrumenter, déi vun den Autoren benotzt ginn, an de Mangel u Standardiséierung et schwéier gutt Vergläicher ze maachen.Trotzdem ass et kloer datt d'Performance/Leeschtungsverhältnis vu gewéinleche Stoffer net gutt verstanen ass.D'Materialien ginn weider getest mat standardiséierte, flexibelen an zouverlässeg Ausrüstung (wéi d'Ausrüstung an dëser Aarbecht beschriwwen) fir dës Bezéiungen ze bestëmmen.
Och wann et e total statistesche Feeler (0-5%) tëscht engem eenzegen Replikat (0-4%) an de Proben an triplicate analyséiert gëtt, huet d'Ausrüstung, déi an dëser Aarbecht proposéiert gëtt, en effektiven Tool bewisen fir PFE vu verschiddene Materialien ze testen.Gewéinlech Stoffer zu zertifiable medizinesche Masken.Et ass derwäert ze bemierken datt ënnert den 11 Materialien, déi fir Figur 3 getest goufen, de Verbreedungsfehler σprop d'Standardabweichung tëscht de PFE Miessunge vun enger eenzeger Probe iwwerschreift, dat ass den σsd vun 9 vun 11 Materialien;dës zwou Ausnahmen geschéien am Ganz héich PFE Wäert (dh L2 an L3 Mask).Obwuel d'Resultater vun Rengasamy et al.Ze weisen datt den Ënnerscheed tëscht widderholl Proben kleng ass (dh fënnef Wiederholungen <0,29%), [25] si studéiert Materialien mat héich bekannte Filtereigenschaften speziell fir d'Maskefabrikatioun entworf: d'Material selwer ka méi eenheetlech sinn, an den Test ass och Beräich vun der PFE Gamme kann méi konsequent sinn.Allgemeng sinn d'Resultater, déi mat eisem Ausrüstung kritt goufen, konsequent mat de PFE-Daten an Zertifizéierungsnormen, déi vun anere Fuerscher kritt goufen.
Och wann PFE e wichtege Indikator ass fir d'Leeschtung vun enger Mask ze moossen, musse mir op dësem Punkt d'Lieser drun erënneren datt eng ëmfaassend Analyse vun zukünfteg Maskmaterialien aner Faktore muss berücksichtegen, dat ass d'Materialpermeabilitéit (dat ass duerch Drockfall oder Differenzdrucktest). ).Et gi Reglementer an ASTM F2100 an F3502.Akzeptabel Atmungsfäegkeet ass wesentlech fir de Komfort vum Träger an d'Verhënnerung vum Leckage vun der Maskrand beim Atmung.Zënter datt d'PFE an d'Loftpermeabilitéit vu ville gemeinsame Materialien normalerweis ëmgekéiert proportional sinn, sollt d'Drockfallmiessung zesumme mat der PFE Messung ausgefouert ginn fir d'Performance vum Maskmaterial méi komplett ze evaluéieren.
Mir recommandéieren datt Richtlinnen fir d'Konstruktioun vun PFE Ausrüstung am Aklang mat ASTM F2299 essentiell sinn fir eng kontinuéierlech Verbesserung vun de Standarden, Generatioun vu Fuerschungsdaten, déi tëscht Fuerschungslaboratoiren vergläiche kënne ginn, a Verbesserung vun der Aerosolfiltratioun.Vertrauen nëmmen op den NIOSH (oder F3502) Standard, deen en eenzegen Apparat (TSI 8130A) spezifizéiert a Fuerscher beschränkt fir schlësselfäerdeg Apparater ze kafen (zum Beispill TSI Systemer).Vertrauen op standardiséierte Systemer wéi TSI 8130A ass wichteg fir déi aktuell Standard Zertifizéierung, awer et limitéiert d'Entwécklung vu Masken, Otemschwieregkeeten an aner Aerosolfiltratiounstechnologien, déi géint d'Fuerschungsfortschrëtter lafen.Et ass derwäert ze bemierken datt den NIOSH Standard als Method entwéckelt gouf fir Otemschwieregkeeten ze testen ënner de schwéiere Bedéngungen erwaart wann dës Ausrüstung gebraucht gëtt, awer am Géigesaz, chirurgesch Masken ginn duerch ASTM F2100 / F2299 Methoden getest.D'Form an de Stil vu Gemeinschaftsmasken si méi wéi chirurgesch Masken, wat net heescht datt se exzellent Filtratiounseffizienz Leeschtung wéi N95 hunn.Wann chirurgesch Masken nach ëmmer am Aklang mat ASTM F2100 / F2299 bewäert ginn, solle gewéinlech Stoffer analyséiert ginn mat enger Method méi no bei ASTM F2100 / F2299.Zousätzlech erlaabt ASTM F2299 zousätzlech Flexibilitéit a verschiddene Parameteren (wéi Loftflossgeschwindegkeet an Uewerflächegeschwindegkeet an Filtratiounseffizienzstudien), wat et zu engem ongeféiere Superior Standard an engem Fuerschungsëmfeld maache kann.
Post Zäit: Aug-30-2021