Centre of Excellence voor beschermende uitrusting en materialen (CEPEM), 1280 Main St. W., Hamilton, ON, Canada
Gebruik de onderstaande link om de volledige tekstversie van dit artikel met je vrienden en collega's te delen.leer meer.
Volksgezondheidsinstanties bevelen gemeenschappen aan om maskers te gebruiken om de verspreiding van door de lucht overgedragen ziekten zoals COVID-19 te verminderen.Wanneer het masker fungeert als een zeer efficiënt filter, wordt de verspreiding van het virus verminderd, dus het is belangrijk om de deeltjesfiltratie-efficiëntie (PFE) van het masker te evalueren.De hoge kosten en lange doorlooptijden die gepaard gaan met de aanschaf van een kant-en-klaar PFE-systeem of het inhuren van een geaccrediteerd laboratorium belemmeren echter het testen van filtermaterialen.Er is duidelijk behoefte aan een “op maat” PFE-testsysteem;de verschillende normen die PFE-testen van (medische) maskers voorschrijven (bijvoorbeeld ASTM International, NIOSH) verschillen echter sterk in de duidelijkheid van hun protocollen en richtlijnen.Hier wordt de ontwikkeling van een "intern" PFE-systeem en methode voor het testen van maskers in de context van de huidige medische maskernormen beschreven.Volgens de internationale ASTM-normen gebruikt het systeem latexbolletjes (nominale grootte 0,1 µm) en gebruikt het een laserdeeltjesanalysator om de deeltjesconcentratie stroomopwaarts en stroomafwaarts van het maskermateriaal te meten.PFE-metingen uitvoeren op verschillende gangbare stoffen en medische maskers.De methode die in dit werk wordt beschreven, voldoet aan de huidige normen voor PFE-testen en biedt tegelijkertijd flexibiliteit om zich aan te passen aan veranderende behoeften en filteromstandigheden.
Volksgezondheidsinstanties bevelen aan dat de algemene bevolking maskers draagt om de verspreiding van COVID-19 en andere door druppeltjes en aerosolen overgedragen ziekten te beperken.[1] De vereiste om maskers te dragen is effectief in het verminderen van transmissie, en [2] geeft aan dat niet-geteste gemeenschapsmaskers nuttige filtering bieden.Modelleringsstudies hebben zelfs aangetoond dat de vermindering van de overdracht van COVID-19 bijna evenredig is met het gecombineerde product van maskereffectiviteit en acceptatiegraad, en deze en andere populatiegebaseerde maatregelen hebben een synergetisch effect bij het verminderen van ziekenhuisopnames en sterfgevallen.[3]
Het aantal gecertificeerde medische maskers en ademhalingstoestellen dat nodig is voor gezondheidszorg en andere eerstelijnswerkers is dramatisch toegenomen, wat een uitdaging vormt voor bestaande productie- en toeleveringsketens en ervoor zorgt dat nieuwe fabrikanten snel nieuwe materialen testen en certificeren.Organisaties zoals ASTM International en het National Institute of Occupational Safety and Health (NIOSH) hebben gestandaardiseerde methoden ontwikkeld voor het testen van medische maskers;de details van deze methoden lopen echter sterk uiteen en elke organisatie heeft zijn eigen prestatienormen vastgesteld.
Deeltjesfiltratie-efficiëntie (PFE) is het belangrijkste kenmerk van een masker omdat het verband houdt met het vermogen om kleine deeltjes zoals aerosolen te filteren.Medische maskers moeten voldoen aan specifieke PFE-doelen[4-6] om te worden gecertificeerd door regelgevende instanties zoals ASTM International of NIOSH.Chirurgische maskers zijn gecertificeerd door ASTM en N95-ademhalingstoestellen zijn gecertificeerd door NIOSH, maar beide maskers moeten voldoen aan specifieke PFE-grenswaarden.Zo moeten N95-maskers 95% filtratie bereiken voor aerosols die zijn samengesteld uit zoutdeeltjes met een gemiddelde diameter van 0,075 µm, terwijl ASTM 2100 L3-chirurgische maskers 98% filtratie moeten bereiken voor aerosols die zijn samengesteld uit latexballen met een gemiddelde diameter van 0,1 µm. .
De eerste twee opties zijn duur (> $ 1.000 per testmonster, geschat op> $ 150.000 voor gespecificeerde apparatuur), en tijdens de COVID-19-pandemie zijn er vertragingen als gevolg van lange levertijden en leveringsproblemen.De hoge kosten van PFE-testen en beperkte toegangsrechten - in combinatie met een gebrek aan coherente richtlijnen voor gestandaardiseerde prestatie-evaluaties - hebben ertoe geleid dat onderzoekers een verscheidenheid aan aangepaste testsystemen gebruiken, die vaak gebaseerd zijn op een of meer normen voor gecertificeerde medische maskers.
De speciale testapparatuur voor maskermateriaal die in de bestaande literatuur wordt gevonden, is meestal vergelijkbaar met de bovengenoemde NIOSH- of ASTM F2100/F2299-normen.Onderzoekers hebben echter de mogelijkheid om het ontwerp of de bedieningsparameters te kiezen of te wijzigen op basis van hun voorkeuren.Er zijn bijvoorbeeld veranderingen in de oppervlaktesnelheid van het monster, de lucht/aërosolstroomsnelheid, de monstergrootte (oppervlak) en de samenstelling van de aerosoldeeltjes gebruikt.Veel recente onderzoeken hebben aangepaste apparatuur gebruikt om maskermaterialen te evalueren.Deze apparatuur maakt gebruik van natriumchloride-aerosolen en ligt dicht bij de NIOSH-normen.Rogak et al.(2020), Zangmeister et al.(2020), Drunic et al.(2020) en Joo et al.(2021) Alle geconstrueerde apparatuur zal natriumchloride-aerosol (verschillende maten) produceren, die wordt geneutraliseerd door elektrische lading, verdund met gefilterde lucht en naar het materiaalmonster gestuurd, waar optische deeltjesgroottemeter, gecondenseerde deeltjes van verschillende Gecombineerde deeltjesconcentratiemetingen [9, 14-16] Konda et al.(2020) en Hao et al.(2020) Een soortgelijk apparaat werd gebouwd, maar de ladingneutralisator was niet inbegrepen.[8, 17] In deze onderzoeken varieerde de luchtsnelheid in het monster tussen 1 en 90 L min-1 (soms om stromings-/snelheidseffecten te detecteren);de oppervlaktesnelheid lag echter tussen 5,3 en 25 cm s-1 tussen.De steekproefomvang lijkt te variëren tussen ≈3,4 en 59 cm2.
Integendeel, er zijn weinig studies over de evaluatie van maskermaterialen door middel van apparatuur die latexaerosol gebruikt, wat dicht in de buurt komt van de ASTM F2100/F2299-norm.Bijvoorbeeld Bagheri et al.(2021), Shakya et al.(2016) en Lu et al.(2020) Een apparaat geconstrueerd om polystyreenlatex-aerosol te produceren, dat werd verdund en naar materiaalmonsters werd gestuurd, waar verschillende deeltjesanalysatoren of scanning mobility deeltjesgrootte-analysatoren werden gebruikt om de deeltjesconcentratie te meten.[18-20] En Lu et al.Stroomafwaarts van hun aerosolgenerator werd een ladingneutralisator gebruikt, en de auteurs van de andere twee onderzoeken niet.De luchtstroomsnelheid in het monster veranderde ook iets - maar binnen de limieten van de F2299-norm - van -7,3 tot 19 L min-1.De luchtoppervlaktesnelheid bestudeerd door Bagheri et al.is respectievelijk 2 en 10 cm s–1 (binnen het standaardbereik).En Lu et al., en Shakya et al.[18-20] Bovendien hebben de auteur en Shakya et al.geteste latexbolletjes van verschillende afmetingen (dwz in totaal 20 nm tot 2500 nm).En Lu et al.In ieder geval in sommige van hun tests gebruiken ze de gespecificeerde deeltjesgrootte van 100 nm (0,1 µm).
In dit werk beschrijven we de uitdagingen waarmee we worden geconfronteerd bij het creëren van een PFE-apparaat dat zoveel mogelijk voldoet aan de bestaande ASTM F2100/F2299-normen.Onder de belangrijkste populaire normen (dwz NIOSH en ASTM F2100/F2299), biedt de ASTM-norm meer flexibiliteit in parameters (zoals luchtstroomsnelheid) om de filterprestaties te bestuderen die PFE in niet-medische maskers kunnen beïnvloeden.Zoals we echter hebben aangetoond, zorgt deze flexibiliteit voor een extra niveau van complexiteit bij het ontwerpen van dergelijke apparatuur.
De chemicaliën werden gekocht bij Sigma-Aldrich en gebruikt zoals ze zijn.Styreenmonomeer (≥99%) wordt gezuiverd door een glazen kolom die een aluminaremmerverwijderaar bevat, die is ontworpen om tert-butylcatechol te verwijderen.Gedeïoniseerd water (≈0,037 µS cm–1) is afkomstig van het Sartorius Arium-waterzuiveringssysteem.
100% katoenen platbinding (Muslin CT) met een nominaal gewicht van 147 gm-2 is afkomstig van Veratex Lining Ltd., QC, en het bamboe/spandex-mengsel is afkomstig van D. Zinman Textiles, QC.Andere kandidaat-maskermaterialen zijn afkomstig van lokale stoffenwinkels (Fabricland).Deze materialen omvatten twee verschillende 100% katoenen geweven stoffen (met verschillende prints), een katoen/spandex gebreide stof, twee katoen/polyester gebreide stoffen (een "universele" en een "trui stof") en een niet-geweven katoen/polypropyleen gemengd katoenen slagmateriaal.Tabel 1 toont een overzicht van bekende stofeigenschappen.Om de nieuwe apparatuur te benchmarken, werden gecertificeerde medische maskers verkregen van lokale ziekenhuizen, waaronder ASTM 2100 Level 2 (L2) en Level 3 (L3; Halyard) gecertificeerde medische maskers en N95-ademhalingstoestellen (3M).
Uit elk te testen materiaal werd een cirkelvormig monster met een diameter van ongeveer 85 mm gesneden;er zijn geen verdere wijzigingen aan het materiaal aangebracht (bijvoorbeeld wassen).Klem de stoffen lus in de monsterhouder van het PFE-apparaat om te testen.De werkelijke diameter van het monster in contact met de luchtstroom is 73 mm en de resterende materialen worden gebruikt om het monster stevig vast te zetten.Bij het samengestelde masker is de zijde die het gezicht raakt weg van de spuitbus van het aangeleverde materiaal.
Synthese van monodisperse anionische polystyreenlatexbolletjes door emulsiepolymerisatie.Volgens de procedure die in de vorige studie is beschreven, werd de reactie uitgevoerd in een semi-batchmodus van monomeeruithongering.[21, 22] Voeg gedeïoniseerd water (160 ml) toe aan een driehalskolf met ronde bodem van 250 ml en plaats deze in een roerend oliebad.De kolf werd vervolgens gespoeld met stikstof en remmervrij styreenmonomeer (2,1 ml) werd toegevoegd aan de gespoelde, geroerde kolf.Voeg na 10 minuten bij 70°C natriumlaurylsulfaat (0,235 g) opgelost in gedeïoniseerd water (8 ml) toe.Na nog eens 5 minuten werd kaliumpersulfaat (0,5 g) opgelost in gedeïoniseerd water (2 ml) toegevoegd.Gebruik de volgende 5 uur een spuitpomp om langzaam extra remmervrij styreen (20 ml) in de kolf te injecteren met een snelheid van 66 L min-1.Nadat de styreeninfusie was voltooid, ging de reactie nog 17 uur door.Daarna werd de kolf geopend en afgekoeld om de polymerisatie te beëindigen.De gesynthetiseerde polystyreenlatexemulsie werd gedurende vijf dagen gedialyseerd tegen gedeïoniseerd water in een SnakeSkin dialysebuis (3500 Da molecuulgewicht cut-off) en het gedeïoniseerde water werd elke dag vervangen.Haal de emulsie uit de dialysebuis en bewaar deze tot gebruik in de koelkast bij 4°C.
Dynamische lichtverstrooiing (DLS) werd uitgevoerd met Brookhaven 90Plus-analysator, de lasergolflengte was 659 nm en de detectorhoek was 90 °.Gebruik de ingebouwde deeltjesoplossingssoftware (v2.6; Brookhaven Instruments Corporation) om de gegevens te analyseren.De latexsuspensie wordt verdund met gedeïoniseerd water totdat het aantal deeltjes ongeveer 500 duizend tellingen per seconde (kcps) is.De deeltjesgrootte werd bepaald op 125 ± 3 nm en de gerapporteerde polydispersiteit was 0,289 ± 0,006.
Een ZetaPlus zeta-potentiaalanalysator (Brookhaven Instruments Corp.) werd gebruikt om de gemeten waarde van de zeta-potentiaal in de faseanalyse-lichtverstrooiingsmodus te verkrijgen.Het monster werd bereid door een hoeveelheid latex toe te voegen aan een 5 x 10-3 m NaCl-oplossing en de latexsuspensie opnieuw te verdunnen om een deeltjestelling van ongeveer 500 kcps te bereiken.Er werden vijf herhaalde metingen (elk bestaande uit 30 runs) uitgevoerd, resulterend in een zeta-potentiaalwaarde van -55,1 ± 2,8 mV, waarbij de fout de standaarddeviatie van de gemiddelde waarde van de vijf herhalingen vertegenwoordigt.Deze metingen geven aan dat de deeltjes negatief geladen zijn en een stabiele suspensie vormen.DLS- en zeta-potentiaalgegevens zijn te vinden in de ondersteunende informatietabellen S2 en S3.
We hebben de apparatuur gebouwd in overeenstemming met ASTM International-normen, zoals hieronder beschreven en weergegeven in figuur 1. De single-jet Blaustein-atomisatiemodule (BLAM; CHTech) aerosolgenerator wordt gebruikt om aerosolen te produceren die latexballen bevatten.De gefilterde luchtstroom (verkregen via de GE Healthcare Whatman 0,3 µm HEPA-CAP en 0,2 µm POLYCAP TF filters in serie) komt de aerosolgenerator binnen met een druk van 20 psi (6,9 kPa) en verstuift een deel van de 5 mg L-1 suspensie De vloeistof wordt via een spuitpomp (KD Scientific Model 100) in de latexbal van de apparatuur geïnjecteerd.De vernevelde natte deeltjes worden gedroogd door de luchtstroom die de aërosolgenerator verlaat door een buisvormige warmtewisselaar te leiden.De warmtewisselaar bestaat uit een 5/8” roestvrijstalen buis omwikkeld met een 8-voet lange verwarmingsspiraal.Het vermogen is 216 W (BriskHeat).Volgens de verstelbare wijzerplaat is het verwarmingsvermogen ingesteld op 40% van de maximale waarde van het apparaat (≈86 W);dit levert een gemiddelde buitenwandtemperatuur op van 112 °C (standaarddeviatie ≈1 °C), die wordt bepaald door een meting van een opbouwthermokoppel (Taylor USA).Afbeelding S4 in de ondersteunende informatie vat de prestaties van de verwarming samen.
De gedroogde vernevelde deeltjes worden vervolgens gemengd met een groter volume gefilterde lucht om een totale luchtstroomsnelheid van 28,3 L min-1 (dat wil zeggen 1 kubieke voet per minuut) te bereiken.Deze waarde is gekozen omdat dit de nauwkeurige stroomsnelheid is van het laserdeeltjesanalyse-instrument dat stroomafwaarts van het systeem wordt bemonsterd.De luchtstroom die de latexdeeltjes draagt, wordt naar een van de twee identieke verticale kamers gestuurd (dwz roestvrijstalen buizen met gladde wanden): een "controlekamer" zonder maskermateriaal of een cirkelvormige "monsterkamer" - verwijderbaar De monsterhouder buiten de stof wordt gestoken.De binnendiameter van de twee kamers is 73 mm, wat overeenkomt met de binnendiameter van de monsterhouder.De monsterhouder maakt gebruik van gegroefde ringen en verzonken bouten om het maskermateriaal goed af te dichten, en plaats vervolgens de afneembare beugel in de opening van de monsterkamer en sluit deze stevig in het apparaat af met rubberen pakkingen en klemmen (Afbeelding S2, ondersteuningsinformatie).
De diameter van het weefselmonster in contact met de luchtstroom is 73 mm (oppervlak = 41,9 cm2);het wordt tijdens de test verzegeld in de monsterkamer.De luchtstroom die de "controle" of "monster" kamer verlaat, wordt overgebracht naar een laserdeeltjesanalysator (deeltjesmeetsysteem LASAIR III 110) om het aantal en de concentratie van latexdeeltjes te meten.De deeltjesanalysator specificeert de onder- en bovengrenzen van de deeltjesconcentratie, respectievelijk 2 × 10-4 en ≈34 deeltjes per kubieke voet (7 en ≈950 000 deeltjes per kubieke voet).Voor het meten van de latexdeeltjesconcentratie wordt de deeltjesconcentratie gerapporteerd in een "box" met een ondergrens en een bovengrens van 0,10-0,15 µm, overeenkomend met de geschatte grootte van singletlatexdeeltjes in de aerosol.Er kunnen echter andere bin-afmetingen worden gebruikt en er kunnen meerdere bakken tegelijkertijd worden geëvalueerd, met een maximale deeltjesgrootte van 5 µm.
De apparatuur omvat ook andere apparatuur, zoals apparatuur voor het spoelen van de kamer en deeltjesanalysator met schone gefilterde lucht, evenals de benodigde kleppen en instrumenten (Figuur 1).De volledige leiding- en instrumentatieschema's worden getoond in Afbeelding S1 en Tabel S1 van de ondersteunende informatie.
Tijdens het experiment werd de latexsuspensie in de aërosolgenerator geïnjecteerd met een stroomsnelheid van -60 tot 100 µL min-1 om een stabiele deeltjesuitvoer te behouden, ongeveer 14-25 deeltjes per kubieke centimeter (400.000 per kubieke centimeter) 700 000 deeltjes).voeten) in een bak met een afmeting van 0,10-0,15 µm.Dit stroomsnelheidsbereik is vereist vanwege de waargenomen veranderingen in de concentratie van latexdeeltjes stroomafwaarts van de aerosolgenerator, die kunnen worden toegeschreven aan veranderingen in de hoeveelheid latexsuspensie die wordt opgevangen door de vloeistofvanger van de aerosolgenerator.
Om de PFE van een bepaald weefselmonster te meten, wordt de latexdeeltjesaerosol eerst door de controlekamer overgebracht en vervolgens naar de deeltjesanalysator geleid.Meet continu de concentratie van drie deeltjes snel achter elkaar, die elk een minuut duren.De deeltjesanalysator rapporteert de tijdsgemiddelde concentratie van deeltjes tijdens de analyse, dat wil zeggen de gemiddelde concentratie van deeltjes in één minuut (28,3 l) van het monster.Na het nemen van deze basislijnmetingen om een stabiele deeltjestelling en gasstroomsnelheid vast te stellen, wordt de aerosol overgebracht naar de monsterkamer.Zodra het systeem in evenwicht is (meestal 60-90 seconden), worden snel achter elkaar nog drie opeenvolgende metingen van één minuut uitgevoerd.Deze monstermetingen vertegenwoordigen de concentratie van deeltjes die door het weefselmonster gaan.Vervolgens werden, door de aerosolstroom terug naar de controlekamer te splitsen, nog eens drie deeltjesconcentratiemetingen gedaan vanuit de controlekamer om te verifiëren dat de stroomopwaartse deeltjesconcentratie niet wezenlijk veranderde tijdens het gehele monsterevaluatieproces.Aangezien het ontwerp van de twee kamers hetzelfde is - behalve dat de monsterkamer de monsterhouder kan herbergen - kunnen de stroomomstandigheden in de kamer als hetzelfde worden beschouwd, dus de concentratie van deeltjes in het gas dat de controlekamer en de monsterkamer verlaat kan worden vergeleken.
Om de levensduur van het deeltjesanalysatorinstrument te behouden en de aerosoldeeltjes in het systeem tussen elke test te verwijderen, gebruikt u een HEPA-gefilterde luchtstraal om de deeltjesanalysator na elke meting te reinigen en reinigt u de monsterkamer voordat u van monster wisselt.Raadpleeg afbeelding S1 in de ondersteuningsinformatie voor een schematisch diagram van het luchtspoelsysteem op het PFE-apparaat.
Deze berekening vertegenwoordigt een enkele "herhaalde" PFE-meting voor een enkel materiaalmonster en is gelijk aan de PFE-berekening in ASTM F2299 (vergelijking (2)).
De materialen beschreven in §2.1 werden uitgedaagd met latex-aerosolen met behulp van de PFE-apparatuur beschreven in §2.3 om hun geschiktheid als maskermateriaal te bepalen.Figuur 2 toont de meetwaarden die zijn verkregen uit de deeltjesconcentratie-analysator en tegelijkertijd worden de PFE-waarden van sweaterstoffen en vullingmaterialen gemeten.Er werden drie monsteranalyses uitgevoerd voor in totaal twee materialen en zes herhalingen.Het is duidelijk dat de eerste meting in een set van drie metingen (gearceerd met een lichtere kleur) meestal verschilt van de andere twee metingen.Zo wijkt de eerste aflezing meer dan 5% af van het gemiddelde van de andere twee aflezingen in de 12-15 triples in figuur 2.Deze waarneming houdt verband met de balans van aërosolhoudende lucht die door de deeltjesanalysator stroomt.Zoals besproken in Materialen en methoden, werden de evenwichtsmetingen (tweede en derde controle- en monstermetingen) gebruikt om de PFE in respectievelijk donkerblauwe en rode tinten in figuur 2 te berekenen.Over het algemeen is de gemiddelde PFE-waarde van de drie replica's 78% ± 2% voor sweaterstof en 74% ± 2% voor katoenen tussenvulling.
Om de prestaties van het systeem te benchmarken, werden ook ASTM 2100-gecertificeerde medische maskers (L2, L3) en NIOSH-ademhalingstoestellen (N95) geëvalueerd.De ASTM F2100-standaard stelt de submicron deeltjesfiltratie-efficiëntie van 0,1 µm deeltjes van niveau 2 en niveau 3 maskers in op respectievelijk ≥ 95% en ≥ 98%.[5] Evenzo moeten NIOSH-gecertificeerde N95-ademhalingstoestellen een filtratie-efficiëntie van ≥95% vertonen voor vernevelde NaCl-nanodeeltjes met een gemiddelde diameter van 0,075 µm.[24] Rengasamy et al.Volgens rapporten vertonen vergelijkbare N95-maskers een PFE-waarde van 99,84% -99,98%, [25] Zangmeister et al.Volgens rapporten produceert hun N95 een minimale filtratie-efficiëntie van meer dan 99,9%, [14] terwijl Joo et al.Volgens rapporten produceerden 3M N95-maskers 99% PFE (deeltjes van 300 nm), [16] en Hao et al.De gerapporteerde N95 PFE (300 nm deeltjes) is 94,4%.[17] Voor de twee N95-maskers die door Shakya et al.met latexballen van 0,1 µm daalde de PFE ruwweg tussen 80% en 100%.[19] Toen Lu et al.Bij het gebruik van latexballen van dezelfde grootte om N95-maskers te evalueren, is de gemiddelde PFE naar verluidt 93,8%.[20] De resultaten die zijn verkregen met de apparatuur die in dit werk wordt beschreven, laten zien dat de PFE van het N95-masker 99,2 ± 0,1% is, wat goed overeenkomt met de meeste eerdere onderzoeken.
Chirurgische maskers zijn ook in verschillende onderzoeken getest.De chirurgische maskers van Hao et al.toonde een PFE (300 nm deeltjes) van 73,4%, [17] terwijl de drie chirurgische maskers getest door Drewnick et al.De geproduceerde PFE varieert van ongeveer 60% tot bijna 100%.[15] (Dit laatste masker kan een gecertificeerd model zijn.) Zangmeister et al.Volgens rapporten is de minimale filtratie-efficiëntie van de twee geteste chirurgische maskers slechts iets hoger dan 30%, [14] veel lager dan de chirurgische maskers die in dit onderzoek zijn getest.Evenzo is het "blauwe chirurgische masker" getest door Joo et al.Bewijs dat PFE (deeltjes van 300 nm) slechts 22% is.[16] Shakya et al.rapporteerde dat de PFE van chirurgische maskers (met latexdeeltjes van 0,1 µm) ruwweg met 60-80% afnam.[19] Met behulp van latexballen van dezelfde grootte produceerde het chirurgische masker van Lu et al. een gemiddeld PFE-resultaat van 80,2%.[20] Ter vergelijking: de PFE van ons L2-masker is 94,2 ± 0,6% en de PFE van het L3-masker is 94,9 ± 0,3%.Hoewel deze PFE's veel PFE's in de literatuur overtreffen, moeten we er rekening mee houden dat er in het vorige onderzoek bijna geen certificeringsniveau is genoemd en dat onze chirurgische maskers niveau 2 en niveau 3 certificering hebben behaald.
Op dezelfde manier waarop de kandidaat-maskermaterialen in figuur 2 werden geanalyseerd, werden drie tests uitgevoerd op de andere zes materialen om hun geschiktheid in het masker te bepalen en de werking van het PFE-apparaat aan te tonen.Figuur 3 geeft de PFE-waarden van alle geteste materialen weer en vergelijkt ze met de PFE-waarden die zijn verkregen door gecertificeerde L3- en N95-maskermaterialen te evalueren.Van de 11 maskers/kandidaatmaskermaterialen die voor dit werk zijn geselecteerd, is een breed scala aan PFE-prestaties duidelijk te zien, variërend van ≈10% tot bijna 100%, in overeenstemming met andere onderzoeken [8, 9, 15] en industriebeschrijvingen Er is geen duidelijke relatie tussen PFE en PFE.Materialen met een vergelijkbare samenstelling (twee monsters van 100% katoen en katoenen mousseline) vertonen bijvoorbeeld zeer verschillende PFE-waarden (respectievelijk 14%, 54% en 13%).Maar het is essentieel dat lage prestaties (bijvoorbeeld 100% katoen A; PFE ≈ 14%), gemiddelde prestaties (bijvoorbeeld 70%/30% katoen/polyestermix; PFE ≈ 49%) en hoge prestaties (bijvoorbeeld sweaterstof; PFE ≈ 78%) De stof kan duidelijk worden geïdentificeerd met behulp van de PFE-apparatuur die in dit werk wordt beschreven.Vooral sweaterstoffen en katoenen vullingen presteerden erg goed, met PFE's variërend van 70% tot 80%.Dergelijke hoogwaardige materialen kunnen in meer detail worden geïdentificeerd en geanalyseerd om de kenmerken te begrijpen die bijdragen aan hun hoge filtratieprestaties.We willen er echter aan herinneren dat, omdat de PFE-resultaten van materialen met vergelijkbare industriebeschrijvingen (dwz katoenen materialen) heel verschillend zijn, deze gegevens niet aangeven welke materialen algemeen bruikbaar zijn voor stoffen maskers, en we zijn niet van plan om de eigenschappen af te leiden- materiaal categorieën.De prestatierelatie.We geven specifieke voorbeelden om kalibratie te demonstreren, laten zien dat de meting het hele bereik van mogelijke filtratie-efficiëntie dekt en geven de grootte van de meetfout aan.
We hebben deze PFE-resultaten verkregen om te bewijzen dat onze apparatuur een breed scala aan meetmogelijkheden heeft, een lage fout heeft en vergeleken met gegevens die in de literatuur zijn verkregen.Zangmeister et al.De PFE-resultaten van verschillende geweven katoenen stoffen (bijv. “Katoen 1-11″) (89 tot 812 draden per inch) worden gerapporteerd.In 9 van de 11 materialen varieert de "minimale filtratie-efficiëntie" van 0% tot 25%;de PFE van de andere twee materialen is ongeveer 32%.[14] Evenzo Konda et al.De PFE-gegevens van twee katoenen weefsels (80 en 600 TPI; 153 en 152 gm-2) worden gerapporteerd.De PFE varieert van respectievelijk 7% tot 36% en 65% tot 85%.In de studie van Drewnick et al., in enkellaagse katoenen stoffen (dwz katoen, katoen, moleton; 139-265 TPI; 80-140 gm-2), is het bereik van materiaal PFE ongeveer 10% tot 30%.In de studie van Joo et al. heeft hun 100% katoenen materiaal een PFE van 8% (deeltjes van 300 nm).Bagheri et al.gebruikte polystyreenlatexdeeltjes van 0,3 tot 0,5 µm.De PFE van zes katoenen materialen (120-200 TPI; 136-237 gm-2) werd gemeten, variërend van 0% tot 20%.[18] Daarom komen de meeste van deze materialen goed overeen met de PFE-resultaten van onze drie katoenen stoffen (dwz Veratex Muslin CT, Fabric Store Cottons A en B), en hun gemiddelde filtratie-efficiëntie is respectievelijk 13%, 14%.54%.Deze resultaten geven aan dat er grote verschillen zijn tussen katoenmaterialen en dat de materiaaleigenschappen die leiden tot hoge PFE (dwz de 600 TPI katoen van Konda et al.; onze katoen B) slecht worden begrepen.
Bij het maken van deze vergelijkingen geven we toe dat het moeilijk is om in de literatuur geteste materialen te vinden die dezelfde kenmerken (dwz materiaalsamenstelling, weven en breien, TPI, gewicht, enz.) hebben als de materialen die in dit onderzoek zijn getest, en daarom niet direct te vergelijken.Daarnaast maken de verschillen in de instrumenten die de auteurs gebruiken en het gebrek aan standaardisatie het maken van goede vergelijkingen moeilijk.Desalniettemin is het duidelijk dat de prestatie/prestatie-relatie van gewone stoffen niet goed wordt begrepen.De materialen zullen verder worden getest met gestandaardiseerde, flexibele en betrouwbare apparatuur (zoals de apparatuur beschreven in dit werk) om deze relaties te bepalen.
Hoewel er een totale statistische fout (0-5%) is tussen een enkele replica (0-4%) en de monsters die in drievoud zijn geanalyseerd, bleek de in dit werk voorgestelde apparatuur een effectief hulpmiddel te zijn voor het testen van PFE van verschillende materialen.Van gewone stoffen tot certificeerbare medische maskers.Het is vermeldenswaard dat van de 11 materialen die zijn getest voor figuur 3, de voortplantingsfout σprop groter is dan de standaarddeviatie tussen de PFE-metingen van een enkel monster, dat wil zeggen de σsd van 9 van de 11 materialen;deze twee uitzonderingen doen zich voor bij Zeer hoge PFE-waarde (dwz L2- en L3-masker).Hoewel de resultaten gepresenteerd door Rengasamy et al.Ze toonden aan dat het verschil tussen herhaalde monsters klein is (dwz vijf herhalingen <0,29%), [25] ze bestudeerden materialen met hoge bekende filtereigenschappen die speciaal zijn ontworpen voor het vervaardigen van maskers: het materiaal zelf kan uniformer zijn en de test is ook. gebied van het PFE-bereik kan consistenter zijn.Over het algemeen zijn de resultaten die zijn verkregen met onze apparatuur in overeenstemming met de PFE-gegevens en certificeringsnormen die zijn verkregen door andere onderzoekers.
Hoewel PFE een belangrijke indicator is om de prestatie van een masker te meten, moeten we de lezers er op dit punt aan herinneren dat een uitgebreide analyse van toekomstige maskermaterialen rekening moet houden met andere factoren, namelijk materiaalpermeabiliteit (d.w.z. door drukval of verschildruktest ).Er zijn voorschriften in ASTM F2100 en F3502.Aanvaardbaar ademend vermogen is essentieel voor het comfort van de drager en het voorkomen van lekkage van de maskerrand tijdens het ademen.Aangezien de PFE- en luchtdoorlaatbaarheid van veel gangbare materialen gewoonlijk omgekeerd evenredig zijn, moet de drukvalmeting samen met de PFE-meting worden uitgevoerd om de prestatie van het maskermateriaal vollediger te evalueren.
We raden aan dat richtlijnen voor het bouwen van PFE-apparatuur in overeenstemming met ASTM F2299 essentieel zijn voor continue verbetering van normen, het genereren van onderzoeksgegevens die kunnen worden vergeleken tussen onderzoekslaboratoria en verbetering van aërosolfiltratie.Vertrouw alleen op de NIOSH (of F3502)-standaard, die een enkel apparaat (TSI 8130A) specificeert en onderzoekers verbiedt om kant-en-klare apparaten aan te schaffen (bijvoorbeeld TSI-systemen).Vertrouwen op gestandaardiseerde systemen zoals TSI 8130A is belangrijk voor de huidige standaardcertificering, maar het beperkt de ontwikkeling van maskers, ademhalingstoestellen en andere aerosolfiltratietechnologieën die indruisen tegen de onderzoeksvooruitgang.Het is vermeldenswaard dat de NIOSH-standaard is ontwikkeld als een methode voor het testen van ademhalingstoestellen onder de zware omstandigheden die worden verwacht wanneer deze apparatuur nodig is, maar chirurgische maskers daarentegen worden getest volgens ASTM F2100/F2299-methoden.De vorm en stijl van gemeenschapsmaskers lijken meer op chirurgische maskers, wat niet betekent dat ze uitstekende filtratie-efficiëntieprestaties hebben zoals N95.Als chirurgische maskers nog steeds worden beoordeeld in overeenstemming met ASTM F2100/F2299, moeten gewone stoffen worden geanalyseerd met een methode die dichter bij ASTM F2100/F2299 ligt.Bovendien zorgt ASTM F2299 voor extra flexibiliteit in verschillende parameters (zoals luchtstroomsnelheid en oppervlaktesnelheid in filtratie-efficiëntiestudies), waardoor het een bij benadering superieure standaard is in een onderzoeksomgeving.
Posttijd: 30 aug-2021