Center of Excellence for Protective Equipment and Materials (CEPEM), 1280 Main St. W., Hamilton, ON, Canada
Bruk lenken nedenfor for å dele fulltekstversjonen av denne artikkelen med dine venner og kolleger.lære mer.
Folkehelsebyråer anbefaler at lokalsamfunn bruker masker for å redusere spredningen av luftbårne sykdommer som COVID-19.Når masken fungerer som et høyeffektivt filter, vil spredningen av viruset reduseres, så det er viktig å evaluere partikkelfiltreringseffektiviteten (PFE) til masken.Imidlertid hindrer de høye kostnadene og lange ledetidene forbundet med å kjøpe et nøkkelferdig PFE-system eller å ansette et akkreditert laboratorium testing av filtermaterialer.Det er helt klart behov for et "tilpasset" PFE-testsystem;Imidlertid varierer de forskjellige standardene som foreskriver PFE-testing av (medisinske) masker (for eksempel ASTM International, NIOSH) sterkt i klarheten til protokollene og retningslinjene.Her beskrives utviklingen av et "internt" PFE-system og metode for testing av masker i sammenheng med gjeldende medisinske maskestandarder.I henhold til ASTM internasjonale standarder bruker systemet latekskuler (0,1 µm nominell størrelse) aerosoler og bruker en laserpartikkelanalysator for å måle partikkelkonsentrasjonen oppstrøms og nedstrøms for maskematerialet.Utfør PFE-målinger på forskjellige vanlige stoffer og medisinske masker.Metoden beskrevet i dette arbeidet oppfyller gjeldende standarder for PFE-testing, samtidig som den gir fleksibilitet til å tilpasse seg endrede behov og filtreringsforhold.
Folkehelsebyråer anbefaler at befolkningen generelt bruker masker for å begrense spredningen av COVID-19 og andre dråpe- og aerosolbårne sykdommer.[1] Kravet om å bruke masker er effektivt for å redusere overføring, og [2] indikerer at uprøvde fellesskapsmasker gir nyttig filtrering.Faktisk har modelleringsstudier vist at reduksjonen i COVID-19-overføring er nesten proporsjonal med det kombinerte produktet av maskeeffektivitet og adopsjonsrate, og disse og andre befolkningsbaserte tiltak har en synergistisk effekt for å redusere sykehusinnleggelser og dødsfall.[3]
Antallet sertifiserte medisinske masker og åndedrettsvern som kreves av helsevesenet og andre frontlinjearbeidere har økt dramatisk, noe som utgjør utfordringer for eksisterende produksjons- og forsyningskjeder, og får nye produsenter til raskt å teste og sertifisere nye materialer.Organisasjoner som ASTM International og National Institute of Occupational Safety and Health (NIOSH) har utviklet standardiserte metoder for testing av medisinske masker;detaljene i disse metodene varierer imidlertid mye, og hver organisasjon har etablert sine egne ytelsesstandarder.
Partikkelfiltreringseffektivitet (PFE) er den viktigste egenskapen til en maske fordi den er relatert til dens evne til å filtrere små partikler som aerosoler.Medisinske masker må oppfylle spesifikke PFE-mål[4-6] for å bli sertifisert av regulatoriske byråer som ASTM International eller NIOSH.Kirurgiske masker er sertifisert av ASTM, og N95-åndedrettsvern er sertifisert av NIOSH, men begge maskene må passere spesifikke PFE-grenseverdier.For eksempel må N95-masker oppnå 95 % filtrering for aerosoler som består av saltpartikler med en gjennomsnittlig diameter på 0,075 µm, mens ASTM 2100 L3 kirurgiske masker må oppnå 98 % filtrering for aerosoler som består av latekskuler med en gjennomsnittlig diameter på 0,1 µm. .
De to første alternativene er dyre (>$1 000 per testprøve, anslått til å være >$150 000 for spesifisert utstyr), og under COVID-19-pandemien er det forsinkelser på grunn av lange leveringstider og forsyningsproblemer.De høye kostnadene ved PFE-testing og begrensede tilgangsrettigheter – kombinert med mangel på sammenhengende veiledning om standardiserte ytelsesevalueringer – har ført til at forskere har brukt en rekke tilpassede testsystemer, som ofte er basert på en eller flere standarder for sertifiserte medisinske masker.
Det spesielle testutstyret for maskemateriale som finnes i den eksisterende litteraturen ligner vanligvis på de ovennevnte NIOSH- eller ASTM F2100/F2299-standardene.Forskere har imidlertid muligheten til å velge eller endre design eller driftsparametre i henhold til deres preferanser.For eksempel har endringer i prøveoverflatehastighet, luft/aerosolstrømningshastighet, prøvestørrelse (areal) og aerosolpartikkelsammensetning blitt brukt.Mange nyere studier har brukt tilpasset utstyr for å evaluere maskematerialer.Dette utstyret bruker natriumkloridaerosoler og er nær NIOSH-standarder.For eksempel, Rogak et al.(2020), Zangmeister et al.(2020), Drunic et al.(2020) og Joo et al.(2021) Alt konstruert utstyr vil produsere natriumkloridaerosol (ulike størrelser), som nøytraliseres av elektrisk ladning, fortynnes med filtrert luft og sendes til materialprøven, hvor optisk partikkelstørrelser, kondenserte partikler av ulike Kombinert partikkelkonsentrasjonsmåling [9, 14-16] Konda et al.(2020) og Hao et al.(2020) En lignende enhet ble bygget, men ladningsnøytralisatoren var ikke inkludert.[8, 17] I disse studiene varierte lufthastigheten i prøven mellom 1 og 90 L min-1 (noen ganger for å oppdage strømnings-/hastighetseffekter);overflatehastigheten var imidlertid mellom 5,3 og 25 cm s-1 mellom.Prøvestørrelsen ser ut til å variere mellom ≈3,4 og 59 cm2.
Tvert imot er det få studier på evaluering av maskematerialer gjennom utstyr som bruker lateksaerosol, som er nær ASTM F2100/F2299-standarden.For eksempel, Bagheri et al.(2021), Shakya et al.(2016) og Lu et al.(2020) Konstruerte en enhet for å produsere polystyrenlatex-aerosol, som ble fortynnet og sendt til materialprøver, der ulike partikkelanalysatorer eller skanningsmobilitetspartikkelstørrelsesanalysatorer ble brukt for å måle partikkelkonsentrasjonen.[18-20] Og Lu et al.En ladningsnøytralisator ble brukt nedstrøms for aerosolgeneratoren deres, og forfatterne av de to andre studiene gjorde det ikke.Luftstrømningshastigheten i prøven endret seg også litt – men innenfor grensene til F2299-standarden – fra ≈7,3 til 19 L min-1.Luftoverflatehastigheten studert av Bagheri et al.er henholdsvis 2 og 10 cm s–1 (innenfor standardområdet).Og Lu et al., og Shakya et al.[18-20] I tillegg har forfatteren og Shakya et al.testet latekskuler av forskjellige størrelser (dvs. totalt sett 20 nm til 2500 nm).Og Lu et al.I det minste i noen av testene deres bruker de den spesifiserte 100 nm (0,1 µm) partikkelstørrelsen.
I dette arbeidet beskriver vi utfordringene vi står overfor når det gjelder å lage en PFE-enhet som er i samsvar med de eksisterende ASTM F2100/F2299-standardene så mye som mulig.Blant de viktigste populære standardene (dvs. NIOSH og ASTM F2100/F2299), gir ASTM-standarden større fleksibilitet i parametere (som luftstrømhastighet) for å studere filtreringsytelsen som kan påvirke PFE i ikke-medisinske masker.Imidlertid, som vi har vist, gir denne fleksibiliteten et ekstra nivå av kompleksitet ved utforming av slikt utstyr.
Kjemikaliene ble kjøpt fra Sigma-Aldrich og brukt som de er.Styrenmonomer (≥99%) renses gjennom en glasskolonne som inneholder en aluminahemmerfjerner, som er designet for å fjerne tert-butylkatekol.Avionisert vann (≈0,037 µS cm–1) kommer fra Sartorius Arium vannrensesystem.
100 % vanlig bomullsvev (Muslin CT) med en nominell vekt på 147 gm-2 kommer fra Veratex Lining Ltd., QC, og bambus/spandex-blandingen kommer fra D. Zinman Textiles, QC.Andre kandidatmaskematerialer kommer fra lokale stoffforhandlere (Fabricland).Disse materialene inkluderer to forskjellige vevde stoffer i 100 % bomull (med forskjellige trykk), ett strikket stoff i bomull/spandex, to strikkede stoffer i bomull/polyester (ett "universal" og ett "genserstoff") og en ikke-vevd bomull/polypropylenblanding. vattmateriale i bomull.Tabell 1 viser en oppsummering av kjente stoffegenskaper.For å måle det nye utstyret ble sertifiserte medisinske masker anskaffet fra lokale sykehus, inkludert ASTM 2100 Level 2 (L2) og Level 3 (L3; Halyard) sertifiserte medisinske masker og N95 respiratorer (3M).
En sirkulær prøve med ca. 85 mm diameter ble kuttet fra hvert materiale som skulle testes;ingen ytterligere modifikasjoner ble gjort på materialet (for eksempel vask).Klem stoffløkken i prøveholderen til PFE-enheten for testing.Den faktiske diameteren til prøven i kontakt med luftstrømmen er 73 mm, og de resterende materialene brukes til å feste prøven tett.For den sammensatte masken er siden som berører ansiktet borte fra aerosolen til det medfølgende materialet.
Syntese av monodisperse anioniske polystyren latekskuler ved emulsjonspolymerisering.I henhold til prosedyren beskrevet i forrige studie, ble reaksjonen utført i en semi-batch-modus med monomer-sulting.[21, 22] Tilsett avionisert vann (160 ml) til en 250 ml trehalset rundkolbe og plasser den i et oljebad med omrøring.Kolben ble deretter spylt med nitrogen og inhibitorfri styrenmonomer (2,1 ml) ble tilsatt til den rensede, omrørte kolben.Etter 10 minutter ved 70 °C, tilsett natriumlaurylsulfat (0,235 g) oppløst i avionisert vann (8 ml).Etter ytterligere 5 minutter ble kaliumpersulfat (0,5 g) oppløst i avionisert vann (2 ml) tilsatt.I løpet av de neste 5 timene, bruk en sprøytepumpe for sakte å injisere ytterligere inhibitorfritt styren (20 ml) i kolben med en hastighet på 66 µL min-1.Etter at styreninfusjonen var fullført, fortsatte reaksjonen i ytterligere 17 timer.Deretter ble kolben åpnet og avkjølt for å avslutte polymerisasjonen.Den syntetiserte polystyren lateksemulsjonen ble dialysert mot avionisert vann i et SnakeSkin dialyserør (3500 Da molekylvektsgrense) i fem dager, og det avioniserte vannet ble erstattet hver dag.Fjern emulsjonen fra dialyserøret og oppbevar den i kjøleskap ved 4°C frem til bruk.
Dynamisk lysspredning (DLS) ble utført med Brookhaven 90Plus analysator, laserbølgelengden var 659 nm, og detektorvinkelen var 90°.Bruk den innebygde programvaren for partikkelløsning (v2.6; Brookhaven Instruments Corporation) for å analysere dataene.Latekssuspensjonen fortynnes med avionisert vann til partikkeltallet er omtrent 500 tusen tellinger per sekund (kcps).Partikkelstørrelsen ble bestemt til å være 125 ± 3 nm, og den rapporterte polydispersiteten var 0,289 ± 0,006.
En ZetaPlus zeta potensialanalysator (Brookhaven Instruments Corp.) ble brukt for å oppnå den målte verdien av zetapotensialet i faseanalyse lysspredningsmodus.Prøven ble fremstilt ved å tilsette en alikvot av lateks til en 5 × 10-3m NaCl-løsning og fortynne latekssuspensjonen igjen for å oppnå et partikkelantall på omtrent 500 kcps.Fem gjentatte målinger (hver bestående av 30 kjøringer) ble utført, noe som resulterte i en zetapotensialverdi på -55,1 ± 2,8 mV, hvor feilen representerer standardavviket til gjennomsnittsverdien av de fem repetisjonene.Disse målingene indikerer at partiklene er negativt ladet og danner en stabil suspensjon.DLS- og zeta-potensialdata kan finnes i støtteinformasjonstabellene S2 og S3.
Vi bygde utstyret i samsvar med ASTM internasjonale standarder, som beskrevet nedenfor og vist i figur 1. Blaustein-atomiseringsmodulen (BLAM; CHTech) med enkeltstråle-aerosolgenerator brukes til å produsere aerosoler som inneholder latekskuler.Den filtrerte luftstrømmen (oppnådd gjennom GE Healthcare Whatman 0,3 µm HEPA-CAP og 0,2 µm POLYCAP TF-filtre i serie) kommer inn i aerosolgeneratoren ved et trykk på 20 psi (6,9 kPa) og forstøver en del av 5 mg L-1 suspensjon Væsken injiseres i latekskulen på utstyret gjennom en sprøytepumpe (KD Scientific Model 100).De aerosoliserte våte partiklene tørkes ved å føre luftstrømmen som forlater aerosolgeneratoren gjennom en rørformet varmeveksler.Varmeveksleren består av et 5/8” rustfritt stålrør viklet med en 8 fot lang varmespiral.Effekten er 216 W (BriskHeat).I henhold til den justerbare skiven er varmeeffekten satt til 40 % av maksimalverdien til enheten (≈86 W);dette gir en gjennomsnittlig ytterveggtemperatur på 112 °C (standardavvik ≈1 °C), som bestemmes av en overflatemontert termoelement (Taylor USA) måling.Figur S4 i støtteinformasjonen oppsummerer varmerens ytelse.
De tørkede forstøvede partiklene blandes deretter med et større volum filtrert luft for å oppnå en total luftstrømhastighet på 28,3 L min-1 (det vil si 1 kubikkfot per minutt).Denne verdien ble valgt fordi den er den nøyaktige strømningshastigheten til prøvetakingen av laserpartikkelanalysatorinstrumentet nedstrøms for systemet.Luftstrømmen som bærer latekspartiklene sendes til ett av to identiske vertikale kamre (dvs. glattveggede rustfrie stålrør): et "kontroll"-kammer uten maskemateriale, eller et sirkulært skåret "prøve"-kammer som kan tas av. Prøveholderen settes inn utenfor stoffet.Den indre diameteren til de to kamrene er 73 mm, som samsvarer med den indre diameteren til prøveholderen.Prøveholderen bruker rillede ringer og forsenkede bolter for å tette maskematerialet, og sett deretter den avtakbare braketten inn i gapet til prøvekammeret, og forsegle den tett i enheten med gummipakninger og klemmer (Figur S2, støtteinformasjon).
Diameteren på stoffprøven i kontakt med luftstrømmen er 73 mm (areal = 41,9 cm2);den er forseglet i prøvekammeret under testen.Luftstrømmen som forlater "kontroll"- eller "prøve"-kammeret overføres til en laserpartikkelanalysator (partikkelmålesystem LASAIR III 110) for å måle antall og konsentrasjon av latekspartikler.Partikkelanalysatoren spesifiserer de nedre og øvre grensene for partikkelkonsentrasjon, henholdsvis 2 × 10-4 og ≈34 partikler per kubikkfot (7 og ≈950 000 partikler per kubikkfot).For måling av latekspartikkelkonsentrasjon rapporteres partikkelkonsentrasjonen i en «boks» med en nedre grense og en øvre grense på 0,10–0,15 µm, tilsvarende den omtrentlige størrelsen på singlett latekspartikler i aerosolen.Imidlertid kan andre beholderstørrelser brukes, og flere beholdere kan evalueres samtidig, med en maksimal partikkelstørrelse på 5 µm.
Utstyret omfatter også annet utstyr, som utstyr for spyling av kammer og partikkelanalysator med ren filtrert luft, samt nødvendige ventiler og instrumenter (Figur 1).De komplette rør- og instrumenteringsdiagrammene er vist i figur S1 og tabell S1 med støtteinformasjonen.
Under eksperimentet ble latekssuspensjonen injisert inn i aerosolgeneratoren med en strømningshastighet på ≈60 til 100 µL min-1 for å opprettholde en stabil partikkelproduksjon, omtrent 14-25 partikler per kubikkcentimeter (400 000-per kubikkcentimeter) 700 000 partikler).Føtter) i en bøtte med en størrelse på 0,10–0,15 µm.Dette strømningshastighetsområdet er nødvendig på grunn av de observerte endringene i konsentrasjonen av latekspartikler nedstrøms for aerosolgeneratoren, som kan tilskrives endringer i mengden latekssuspensjon som fanges opp av væskefellen til aerosolgeneratoren.
For å måle PFE for en gitt stoffprøve, overføres latekspartikkelaerosolen først gjennom kontrollrommet og deretter ledes til partikkelanalysatoren.Mål kontinuerlig konsentrasjonen av tre partikler i rask rekkefølge, som hver varer i ett minutt.Partikkelanalysatoren rapporterer den gjennomsnittlige konsentrasjonen av partikler under analysen, det vil si den gjennomsnittlige konsentrasjonen av partikler i ett minutt (28,3 L) av prøven.Etter å ha tatt disse grunnlinjemålingene for å etablere et stabilt antall partikler og gassstrømningshastighet, overføres aerosolen til prøvekammeret.Når systemet når likevekt (vanligvis 60-90 sekunder), tas ytterligere tre påfølgende målinger på ett minutt i rask rekkefølge.Disse prøvemålingene representerer konsentrasjonen av partikler som passerer gjennom stoffprøven.Deretter, ved å splitte aerosolstrømmen tilbake til kontrollrommet, ble ytterligere tre partikkelkonsentrasjonsmålinger tatt fra kontrollrommet for å bekrefte at oppstrøms partikkelkonsentrasjonen ikke endret seg vesentlig under hele prøveevalueringsprosessen.Siden utformingen av de to kamrene er den samme - bortsett fra at prøvekammeret kan romme prøveholderen - kan strømningsforholdene i kammeret betraktes som de samme, slik at konsentrasjonen av partikler i gassen som forlater kontrollkammeret og prøvekammeret kan sammenlignes.
For å opprettholde levetiden til partikkelanalysatorinstrumentet og fjerne aerosolpartikler i systemet mellom hver test, bruk en HEPA-filtrert luftstråle for å rengjøre partikkelanalysatoren etter hver måling, og rengjør prøvekammeret før du bytter prøver.Se figur S1 i støtteinformasjonen for et skjematisk diagram av luftspylingssystemet på PFE-enheten.
Denne beregningen representerer en enkelt "gjentatt" PFE-måling for en enkelt materialprøve og er ekvivalent med PFE-beregningen i ASTM F2299 (ligning (2)).
Materialene skissert i §2.1 ble utfordret med lateksaerosoler ved bruk av PFE-utstyret beskrevet i §2.3 for å bestemme deres egnethet som maskematerialer.Figur 2 viser avlesningene oppnådd fra partikkelkonsentrasjonsanalysatoren, og PFE-verdiene for genserstoffer og vattmaterialer måles samtidig.Det ble utført tre prøveanalyser for totalt to materialer og seks repetisjoner.Det er klart at den første avlesningen i et sett med tre avlesninger (skyggelagt med en lysere farge) vanligvis er forskjellig fra de to andre avlesningene.For eksempel skiller den første avlesningen seg fra gjennomsnittet av de to andre avlesningene i de 12-15 trippelene i figur 2 med mer enn 5 %.Denne observasjonen er relatert til balansen mellom aerosolholdig luft som strømmer gjennom partikkelanalysatoren.Som diskutert i Materialer og metoder, ble likevektsavlesningene (andre og tredje kontroll og prøveavlesninger) brukt til å beregne PFE i henholdsvis mørkeblå og røde nyanser i figur 2.Totalt sett er gjennomsnittlig PFE-verdi for de tre replikatene 78 % ± 2 % for genserstoff og 74 % ± 2 % for bomullsvattmateriale.
For å måle ytelsen til systemet ble ASTM 2100-sertifiserte medisinske masker (L2, L3) og NIOSH-åndedrettsvern (N95) også evaluert.ASTM F2100-standarden setter sub-mikron partikkelfiltreringseffektivitet for 0,1 µm partikler av nivå 2- og nivå 3-masker til å være henholdsvis ≥ 95 % og ≥ 98 %.[5] Tilsvarende må NIOSH-sertifiserte N95-åndedrettsvern vise en filtreringseffektivitet på ≥95 % for forstøvede NaCl-nanopartikler med en gjennomsnittlig diameter på 0,075 µm.[24] Rengasamy et al.I følge rapporter viser lignende N95-masker en PFE-verdi på 99,84 %–99,98 %, [25] Zangmeister et al.Ifølge rapporter produserer deres N95 en minimumsfiltreringseffektivitet på over 99,9 %, [14] mens Joo et al.I følge rapporter produserte 3M N95-masker 99 % av PFE (300 nm-partikler), [16] og Hao et al.Den rapporterte N95 PFE (300 nm partikler) er 94,4 %.[17] For de to N95-maskene utfordret av Shakya et al.med 0,1 µm latekskuler falt PFE omtrent mellom 80 % og 100 %.[19] Når Lu et al.Ved å bruke lateksballer av samme størrelse for å evaluere N95-masker, rapporteres gjennomsnittlig PFE å være 93,8 %.[20] Resultatene oppnådd ved bruk av utstyret beskrevet i dette arbeidet viser at PFE for N95-masken er 99,2 ± 0,1 %, noe som stemmer godt overens med de fleste tidligere studier.
Kirurgiske masker er også testet i flere studier.De kirurgiske maskene til Hao et al.viste en PFE (300 nm partikler) på 73,4 %, [17] mens de tre kirurgiske maskene testet av Drewnick et al.PFE produsert varierer fra omtrent 60 % til nesten 100 %.[15] (Sistnevnte maske kan være en sertifisert modell.) Zangmeister et al.I følge rapporter er minimumsfiltreringseffektiviteten til de to testede kirurgiske maskene bare litt høyere enn 30 %, [14] langt lavere enn de kirurgiske maskene som ble testet i denne studien.Tilsvarende er den "blå kirurgiske masken" testet av Joo et al.Bevis at PFE (300 nm partikler) bare er 22%.[16] Shakya et al.rapporterte at PFE for kirurgiske masker (ved bruk av 0,1 µm latexpartikler) sank omtrent med 60-80 %.[19] Ved å bruke latekskuler av samme størrelse ga Lu et al.s kirurgiske maske et gjennomsnittlig PFE-resultat på 80,2 %.[20] Til sammenligning er PFE for L2-masken vår 94,2 ± 0,6 %, og PFE for L3-masken er 94,9 ± 0,3 %.Selv om disse PFE-ene overgår mange PFE-er i litteraturen, må vi merke oss at det nesten ikke er noe sertifiseringsnivå nevnt i tidligere forskning, og våre kirurgiske masker har oppnådd nivå 2 og nivå 3-sertifisering.
På samme måte som kandidatmaskematerialene i figur 2 ble analysert, ble det utført tre tester på de andre seks materialene for å bestemme deres egnethet i masken og demonstrere funksjonen til PFE-enheten.Figur 3 plotter PFE-verdiene for alle testede materialer og sammenligner dem med PFE-verdiene oppnådd ved å evaluere sertifiserte L3- og N95-maskematerialer.Fra de 11 maskene/kandidatmaskematerialene som er valgt for dette arbeidet, kan et bredt spekter av PFE-ytelse sees tydelig, fra ≈10 % til nær 100 %, i samsvar med andre studier, [8, 9, 15] og bransjebeskrivelser Det er ingen klar sammenheng mellom PFE og PFE.For eksempel viser materialer med lignende sammensetning (to 100 % bomullsprøver og bomullsmuslin) svært forskjellige PFE-verdier (henholdsvis 14 %, 54 % og 13 %).Men det er viktig at lav ytelse (for eksempel 100 % bomull A; PFE ≈ 14 %), middels ytelse (for eksempel 70 %/30 % bomull/polyesterblanding; PFE ≈ 49 %) og høy ytelse (for eksempel, genser Stoff, PFE ≈ 78%) Stoffet kan tydelig identifiseres ved hjelp av PFE-utstyret som er beskrevet i dette arbeidet.Spesielt genserstoffer og bomullsvattmaterialer fungerte veldig bra, med PFE-er fra 70 % til 80 %.Slike høyytelsesmaterialer kan identifiseres og analyseres mer detaljert for å forstå egenskapene som bidrar til deres høye filtreringsytelse.Vi vil imidlertid minne om at fordi PFE-resultatene for materialer med lignende bransjebeskrivelser (dvs. bomullsmaterialer) er svært forskjellige, indikerer disse dataene ikke hvilke materialer som er allment nyttige for tøymasker, og vi har ikke til hensikt å utlede egenskapene- materialkategorier.Prestasjonsforholdet.Vi gir spesifikke eksempler for å demonstrere kalibrering, viser at målingen dekker hele spekteret av mulig filtreringseffektivitet, og gir størrelsen på målefeilen.
Vi oppnådde disse PFE-resultatene for å bevise at utstyret vårt har et bredt spekter av målefunksjoner, lav feil og sammenlignet med data innhentet i litteraturen.For eksempel, Zangmeister et al.PFE-resultatene for flere vevde bomullsstoffer (f.eks. "Cotton 1-11") (89 til 812 tråder per tomme) er rapportert.I 9 av de 11 materialene varierer "minimum filtreringseffektivitet" fra 0 % til 25 %;PFE for de to andre materialene er omtrent 32 %.[14] På samme måte har Konda et al.PFE-dataene for to bomullsstoffer (80 og 600 TPI; 153 og 152 gm-2) er rapportert.PFE varierer fra henholdsvis 7 % til 36 % og 65 % til 85 %.I studien til Drewnick et al., i enkeltlags bomullsstoffer (dvs. bomull, bomullsstrikk, moleton; 139–265 TPI; 80–140 gm–2), er utvalget av materiale PFE omtrent 10 % til 30 %.I studien til Joo et al., har deres 100% bomullsmateriale en PFE på 8% (300 nm partikler).Bagheri et al.brukte polystyren-latex-partikler på 0,3 til 0,5 µm.PFE for seks bomullsmaterialer (120-200 TPI; 136-237 gm-2) ble målt, fra 0 % til 20 %.[18] Derfor er de fleste av disse materialene i god overensstemmelse med PFE-resultatene til våre tre bomullsstoffer (dvs. Veratex Muslin CT, Fabric Store Cottons A og B), og deres gjennomsnittlige filtreringseffektivitet er henholdsvis 13 %, 14 %.54 %.Disse resultatene indikerer at det er store forskjeller mellom bomullsmaterialer og at materialegenskapene som fører til høy PFE (dvs. Konda et al.s 600 TPI bomull; vår bomull B) er dårlig forstått.
Når vi gjør disse sammenligningene, innrømmer vi at det er vanskelig å finne materialer testet i litteraturen som har de samme egenskapene (dvs. materialsammensetning, veving og strikking, TPI, vekt osv.) med materialene som er testet i denne studien, og kan derfor ikke sammenlignes direkte.I tillegg gjør forskjellene i virkemidler forfatterne bruker og manglende standardisering det vanskelig å gjøre gode sammenligninger.Likevel er det klart at ytelse/ytelse-forholdet til vanlige stoffer ikke er godt forstått.Materialene vil bli ytterligere testet med standardisert, fleksibelt og pålitelig utstyr (som utstyret beskrevet i dette arbeidet) for å bestemme disse sammenhengene.
Selv om det er en total statistisk feil (0-5%) mellom en enkelt replikat (0-4%) og prøvene analysert i tre eksemplarer, viste utstyret som ble foreslått i dette arbeidet seg å være et effektivt verktøy for å teste PFE av forskjellige materialer.Vanlige stoffer til sertifiserbare medisinske masker.Det er verdt å merke seg at blant de 11 materialene som er testet for figur 3, overskrider forplantningsfeilen σprop standardavviket mellom PFE-målingene til en enkelt prøve, det vil si σsd for 9 av 11 materialer;disse to unntakene forekommer i svært høy PFE-verdi (dvs. L2- og L3-maske).Selv om resultatene presentert av Rengasamy et al.De viste at forskjellen mellom gjentatte prøver er liten (dvs. fem repetisjoner <0,29%), [25] studerte materialer med høye kjente filtreringsegenskaper designet spesielt for maskeproduksjon: materialet i seg selv kan være mer ensartet, og testen er også området av PFE-området kan være mer konsistent.Samlet sett er resultatene oppnådd ved bruk av utstyret vårt i samsvar med PFE-dataene og sertifiseringsstandardene innhentet av andre forskere.
Selv om PFE er en viktig indikator for å måle ytelsen til en maske, må vi på dette tidspunktet minne leserne om at en omfattende analyse av fremtidige maskematerialer må vurdere andre faktorer, det vil si materialpermeabilitet (det vil si gjennom trykkfall eller differensialtrykktesting). ).Det er forskrifter i ASTM F2100 og F3502.Akseptabel pusteevne er avgjørende for komforten til brukeren og for å forhindre lekkasje av maskekanten under pusting.Siden PFE og luftpermeabiliteten til mange vanlige materialer vanligvis er omvendt proporsjonale, bør trykkfallmålingen utføres sammen med PFE-målingen for å evaluere maskematerialets ytelse mer fullstendig.
Vi anbefaler at retningslinjer for konstruksjon av PFE-utstyr i samsvar med ASTM F2299 er avgjørende for kontinuerlig forbedring av standarder, generering av forskningsdata som kan sammenlignes mellom forskningslaboratorier og forbedring av aerosolfiltrering.Stol bare på NIOSH (eller F3502) standarden, som spesifiserer en enkelt enhet (TSI 8130A) og begrenser forskere fra å kjøpe nøkkelferdige enheter (for eksempel TSI-systemer).Å stole på standardiserte systemer som TSI 8130A er viktig for gjeldende standardsertifisering, men det begrenser utviklingen av masker, åndedrettsvern og andre aerosolfiltreringsteknologier som strider mot forskningsfremskritt.Det er verdt å merke seg at NIOSH-standarden ble utviklet som en metode for å teste åndedrettsvern under de tøffe forholdene som forventes når dette utstyret er nødvendig, men i motsetning er kirurgiske masker testet med ASTM F2100/F2299-metoder.Formen og stilen til fellesmasker er mer som kirurgiske masker, noe som ikke betyr at de har utmerket filtreringseffektivitet som N95.Hvis kirurgiske masker fortsatt vurderes i henhold til ASTM F2100/F2299, bør vanlige stoffer analyseres med en metode som er nærmere ASTM F2100/F2299.I tillegg tillater ASTM F2299 ytterligere fleksibilitet i forskjellige parametere (som luftstrømningshastighet og overflatehastighet i studier av filtreringseffektivitet), noe som kan gjøre det til en tilnærmet overlegen standard i et forskningsmiljø.
Innleggstid: 30. august 2021