מרכז המצוינות לציוד וחומרי הגנה (CEPEM), 1280 Main St. W., Hamilton, ON, קנדה
השתמש בקישור למטה כדי לשתף את גרסת הטקסט המלאה של מאמר זה עם החברים והקולגות שלך.למד עוד.
סוכנויות בריאות הציבור ממליצות לקהילות להשתמש במסכות כדי לצמצם את התפשטות המחלות הנישאות באוויר כמו COVID-19.כאשר המסכה פועלת כמסנן בעל יעילות גבוהה, התפשטות הנגיף תפחת, ולכן חשוב להעריך את יעילות סינון החלקיקים (PFE) של המסכה.עם זאת, העלויות הגבוהות וזמני ההובלה הארוכים הקשורים לרכישת מערכת PFE סוהר או שכירת מעבדה מוסמכת מעכבים את בדיקת חומרי הסינון.ברור שיש צורך במערכת בדיקת PFE "מותאמת אישית";עם זאת, התקנים השונים הקובעים בדיקת PFE של מסכות (רפואיות) (לדוגמה, ASTM International, NIOSH) משתנים מאוד בבהירות הפרוטוקולים וההנחיות שלהם.כאן מתואר פיתוח של מערכת ושיטת PFE "פנימית" לבדיקת מסכות בהקשר של תקני מסכות רפואיות עדכניות.על פי התקנים הבינלאומיים ASTM, המערכת משתמשת באירוסולים של כדורי לטקס (0.1 מיקרומטר בגודל נומינלי) ומשתמשת בנתח חלקיקים בלייזר כדי למדוד את ריכוז החלקיקים במעלה הזרם ומורד הזרם של חומר המסכה.בצע מדידות PFE על בדים נפוצים ומסכות רפואיות שונות.השיטה המתוארת בעבודה זו עומדת בסטנדרטים הנוכחיים של בדיקת PFE, תוך מתן גמישות להתאמה לצרכים המשתנים ולתנאי הסינון.
סוכנויות בריאות הציבור ממליצות לאוכלוסיה הכללית ללבוש מסכות כדי להגביל את התפשטות ה-COVID-19 ומחלות אחרות הנישאות בטיפות ובאירוסולים.[1] הדרישה לחבוש מסכות יעילה בהפחתת השידור, ו-[2] מצביעה על כך שמסכות קהילתיות שלא נבדקו מספקות סינון שימושי.למעשה, מחקרי מודלים הראו שההפחתה בהעברת COVID-19 היא כמעט פרופורציונלית לתוצר המשולב של יעילות המסכה ושיעור האימוץ, ולאמצעים אלה ואחרים מבוססי אוכלוסייה יש השפעה סינרגטית בהפחתת אשפוזים ומקרי מוות.[3]
מספר המסכות והמכונות הרפואיות המוסמכות הנדרשות על ידי שירותי הבריאות ועובדי קו חזית אחרים גדל באופן דרמטי, מה שמציב אתגרים לרשתות הייצור והאספקה הקיימות, וגורם ליצרנים חדשים לבדוק במהירות ולאשר חומרים חדשים.ארגונים כמו ASTM International והמכון הלאומי לבטיחות ובריאות בעבודה (NIOSH) פיתחו שיטות סטנדרטיות לבדיקת מסכות רפואיות;עם זאת, הפרטים של שיטות אלה משתנים במידה רבה, וכל ארגון קבע סטנדרטים משלו לביצועים.
יעילות סינון חלקיקים (PFE) היא המאפיין החשוב ביותר של מסכה מכיוון שהיא קשורה ליכולתה לסנן חלקיקים קטנים כגון אירוסולים.מסכות רפואיות חייבות לעמוד ביעדי PFE ספציפיים[4-6] על מנת לקבל אישור על ידי סוכנויות רגולטוריות כגון ASTM International או NIOSH.מסכות כירורגיות מאושרות על ידי ASTM, ומכונות הנשמה N95 מאושרות על ידי NIOSH, אך שתי המסכות חייבות לעבור ערכי חיתוך ספציפיים של PFE.לדוגמה, מסכות N95 חייבות להשיג סינון של 95% עבור אירוסולים המורכבים מחלקיקי מלח בקוטר ממוצע של 0.075 מיקרומטר, בעוד שמסכות כירורגיות ASTM 2100 L3 חייבות להשיג סינון של 98% עבור אירוסולים המורכבים מכדורי לטקס בקוטר ממוצע של 0.1 מיקרון פילטר. .
שתי האפשרויות הראשונות יקרות (>1,000 דולר לדגימת בדיקה, מוערך ב->150,000 דולר עבור ציוד שצוין), ובמהלך מגיפת ה-COVID-19, ישנם עיכובים עקב זמני אספקה ארוכים ובעיות אספקה.העלות הגבוהה של בדיקת PFE וזכויות גישה מוגבלות - בשילוב עם היעדר הדרכה קוהרנטית לגבי הערכות ביצועים סטנדרטיות - הובילו את החוקרים להשתמש במגוון מערכות בדיקה מותאמות אישית, המבוססות לרוב על תקן אחד או יותר עבור מסכות רפואיות מאושרות.
הציוד המיוחד לבדיקת חומרי המסכה המצוי בספרות הקיימת דומה בדרך כלל לתקני NIOSH או ASTM F2100/F2299 הנ"ל.עם זאת, לחוקרים יש הזדמנות לבחור או לשנות את פרמטרי העיצוב או ההפעלה בהתאם להעדפותיהם.לדוגמה, נעשה שימוש בשינויים במהירות פני השטח של המדגם, קצב זרימת האוויר/אירוסול, גודל המדגם (שטח) והרכב חלקיקי האירוסול.מחקרים רבים שנעשו לאחרונה השתמשו בציוד מותאם אישית כדי להעריך חומרי מסכה.ציוד זה משתמש באירוסולים של נתרן כלוריד והוא קרוב לתקני NIOSH.לדוגמה, Rogak et al.(2020), Zangmeister et al.(2020), Drunic et al.(2020) ו-Joo et al.(2021) כל הציוד שנבנה יפיק תרסיס נתרן כלוריד (בגדלים שונים), אשר מנוטרל על ידי מטען חשמלי, מדולל באוויר מסונן ונשלח לדגימת החומר, שם ממדי חלקיקים אופטי, חלקיקים מעובה של מדידת ריכוז חלקיקים משולבת [9, 14-16] Konda et al.(2020) ו- Hao et al.(2020) נבנה מכשיר דומה, אך מנטרל המטען לא נכלל.[8, 17] במחקרים אלה, מהירות האוויר במדגם השתנתה בין 1 ל-90 ליטר min-1 (לעיתים כדי לזהות השפעות זרימה/מהירות);עם זאת, מהירות פני השטח הייתה בין 5.3 ל-25 ס"מ s-1 ביניהם.נראה שגודל המדגם משתנה בין ≈3.4 ל-59 סמ"ר.
להיפך, יש מעט מחקרים על הערכת חומרי מסכה באמצעות ציוד המשתמש בתרסיס לטקס, הקרוב לתקן ASTM F2100/F2299.לדוגמה, Bagheri et al.(2021), Shakya et al.(2016) ו-Lu et al.(2020) בנה מכשיר לייצור אירוסול פוליסטירן לטקס, שדולל ונשלח לדגימות חומר, שבו נעשה שימוש במנתחי חלקיקים שונים או מנתחי גודל חלקיקים לניידות סריקה למדידת ריכוז החלקיקים.[18-20] ולו וגו'.נעשה שימוש במנטרל מטען במורד הזרם של מחולל האירוסולים שלהם, ומחברי שני המחקרים האחרים לא.גם קצב זרימת האוויר במדגם השתנה מעט - אך בגבולות תקן F2299 - מ-7.3 ל-19 ליטר דקות-1.מהירות פני האוויר שנחקרה על ידי Bagheri et al.הוא 2 ו-10 ס"מ s–1 (בטווח הסטנדרטי), בהתאמה.ולו כו', ושקיה כו'.[18-20] בנוסף, המחבר ושקיה ואח'.נבדקו כדורי לטקס בגדלים שונים (כלומר, בסך הכל, 20 ננומטר עד 2500 ננומטר).ולו וחב'.לפחות בחלק מהבדיקות שלהם, הם משתמשים בגודל החלקיקים שצוין 100 ננומטר (0.1 מיקרומטר).
בעבודה זו אנו מתארים את האתגרים העומדים בפנינו ביצירת התקן PFE התואם ככל האפשר לתקני ASTM F2100/F2299 הקיימים.בין התקנים הפופולריים העיקריים (כלומר NIOSH ו-ASTM F2100/F2299), תקן ASTM מספק גמישות רבה יותר בפרמטרים (כגון קצב זרימת אוויר) כדי ללמוד את ביצועי הסינון שעלולים להשפיע על PFE במסכות לא רפואיות.עם זאת, כפי שהוכחנו, גמישות זו מספקת רמה נוספת של מורכבות בתכנון ציוד כזה.
הכימיקלים נרכשו מ-Sigma-Aldrich והשתמשו בהם כפי שהם.מונומר סטירן (≥99%) מטוהר באמצעות עמודת זכוכית המכילה מסיר מעכבי אלומינה, אשר נועד להסיר טרט-בוטילקטכול.מים מופלים (≈0.037 µS cm–1) מגיעים ממערכת טיהור המים Sartorius Arium.
אריגה פשוטה של 100% כותנה (Muslin CT) במשקל נומינלי של 147 גרם-2 מגיעה מ-Veratex Lining Ltd., QC, ותערובת הבמבוק/ספנדקס מגיעה מ-D. Zinman Textiles, QC.חומרי מסכות מועמדים אחרים מגיעים מקמעונאי בדים מקומיים (Fabricland).חומרים אלה כוללים שני בדים שונים ארוגים 100% כותנה (עם הדפסים שונים), בד אחד סרוג כותנה/ספנדקס, שני בדים סרוגים כותנה/פוליאסטר (אחד "אוניברסלי" ואחד "בד סוודר") ותערובת כותנה/פוליפרופילן לא ארוג. חומר מחבט כותנה.טבלה 1 מציגה סיכום של תכונות הבד המוכרות.על מנת למדוד את הציוד החדש, הושגו מסכות רפואיות מאושרות מבתי חולים מקומיים, כולל ASTM 2100 רמה 2 (L2) ורמה 3 (L3; Halyard) מסכות רפואיות מאושרות ומכונות הנשמה N95 (3M).
מכל חומר לבדיקה נחתכה דגימה עגולה בקוטר של כ-85 מ"מ;לא בוצעו שינויים נוספים בחומר (לדוגמה, כביסה).מהדקים את לולאת הבד במחזיק הדגימה של מכשיר ה-PFE לבדיקה.הקוטר האמיתי של הדגימה במגע עם זרימת האוויר הוא 73 מ"מ, ושאר החומרים משמשים לקיבוע הדגימה בחוזקה.עבור המסכה המורכבת, הצד שנוגע בפנים רחוק מהתרסיס של החומר המסופק.
סינתזה של כדורי לטקס פוליסטירן אניוניים מונודיים על ידי פילמור אמולסיה.על פי הנוהל שתואר במחקר הקודם, התגובה בוצעה במצב חצי אצווה של הרעבה במונומרים.[21, 22] הוסף מים דה-יונים (160 מ"ל) לבקבוק תחתון עגול תלת-צווארי בגודל 250 מ"ל והנח אותו באמבט שמן בחישה.לאחר מכן טוהר הבקבוק בחנקן ומונומר סטירן נטול מעכבים (2.1 מ"ל) הוסיפו לבקבוק המטוהר והמעורבל.לאחר 10 דקות ב-70 מעלות צלזיוס, הוסף נתרן לאוריל סולפט (0.235 גרם) מומס במים מפושטים (8 מ"ל).לאחר 5 דקות נוספות, נוספה אשלגן פרסולפט (0.5 גרם) מומס במים מופחתים (2 מ"ל).במהלך 5 השעות הבאות, השתמש במשאבת מזרק כדי להזריק באיטיות סטירן נוסף נטול מעכבים (20 מ"ל) לתוך הבקבוק בקצב של 66 µL min-1.לאחר השלמת עירוי הסטירן, התגובה נמשכה עוד 17 שעות.לאחר מכן הבקבוק נפתח וקירר כדי לסיים את הפילמור.אמולסיית לטקס פוליסטירן מסונתז עברה דיאליזה נגד מים מופחתים בצינור דיאליזה של SnakeSkin (ניתוק משקל מולקולרי של 3500 דאה) למשך חמישה ימים, והמים המפוזרים הוחלפו כל יום.הסר את האמולסיה מצינור הדיאליזה ואחסן אותה במקרר ב-4 מעלות צלזיוס עד לשימוש.
פיזור אור דינמי (DLS) בוצע עם מנתח Brookhaven 90Plus, אורך גל הלייזר היה 659 ננומטר, וזווית הגלאי הייתה 90°.השתמש בתוכנת פתרון החלקיקים המובנית (v2.6; Brookhaven Instruments Corporation) כדי לנתח את הנתונים.תרחיף הלטקס מדולל במים מופחתים עד שספירת החלקיקים היא כ-500 אלף ספירות לשנייה (kcps).גודל החלקיקים נקבע ל-125 ± 3 ננומטר, והדיספרסיות המדווחת הייתה 0.289 ± 0.006.
מנתח פוטנציאל זיטה של ZetaPlus (Brookhaven Instruments Corp.) שימש כדי לקבל את הערך הנמדד של פוטנציאל הזטה במצב פיזור האור בניתוח פאזה.הדגימה הוכנה על ידי הוספת מנה של לטקס לתמיסת NaCl 5 × 10-3 מ' ודילול שוב של תרחיף הלטקס כדי להשיג ספירת חלקיקים של כ 500 kcps.בוצעו חמש מדידות חוזרות ונשנות (כל אחת מהן מורכבת מ-30 ריצות), והביאו לערך פוטנציאל זיטה של -55.1 ± 2.8 mV, כאשר השגיאה מייצגת את סטיית התקן של הערך הממוצע של חמש החזרות.מדידות אלו מצביעות על כך שהחלקיקים טעונים שלילי ויוצרים תרחיף יציב.ניתן למצוא נתוני פוטנציאל DLS וזטה בטבלאות המידע התומכות S2 ו-S3.
בנינו את הציוד בהתאם לתקנים הבינלאומיים ASTM, כמתואר להלן ומוצג באיור 1. מחולל האירוסולים עם סילון חד-סילון Blaustein (BLAM; CHTech) משמש לייצור אירוסולים המכילים כדורי לטקס.זרם האוויר המסונן (שמתקבל באמצעות מסנני GE Healthcare Whatman 0.3 מיקרומטר HEPA-CAP ו-0.2 מיקרומטר POLYCAP TF בסדרה) נכנס למחולל האירוסול בלחץ של 20 psi (6.9 kPa) ומפרק חלק מה-5 מ"ג L-1 השעיה הנוזל מוזרק לכדור הלטקס של הציוד באמצעות משאבת מזרק (KD Scientific Model 100).החלקיקים הרטובים בתרסיס מיובשים על ידי העברת זרם האוויר היוצא ממחולל האירוסול דרך מחליף חום צינורי.מחליף החום מורכב מצינור נירוסטה בגודל 5/8 אינץ' מפותל עם סליל חימום באורך 8 רגל.הספק הוא 216 W (BriskHeat).על פי החוגה המתכווננת שלו, תפוקת החימום מוגדרת ל-40% מהערך המרבי של המכשיר (≈86 W);זה מייצר טמפרטורת קיר חיצוני ממוצעת של 112 מעלות צלזיוס (סטיית תקן ≈1 מעלות צלזיוס), אשר נקבעת על ידי מדידת צמד תרמי משטח (טיילור ארה"ב).איור S4 במידע התומך מסכמת את ביצועי המחמם.
לאחר מכן מערבבים את החלקיקים המפורקים המיובשים עם נפח גדול יותר של אוויר מסונן כדי להשיג קצב זרימת אוויר כולל של 28.3 L min-1 (כלומר, 1 רגל מעוקב לדקה).ערך זה נבחר מכיוון שהוא קצב הזרימה המדויק של דגימת מכשיר מנתח חלקיקי הלייזר במורד המערכת.זרם האוויר הנושא את חלקיקי הלטקס נשלח לאחד משני תאים אנכיים זהים (כלומר צינורות נירוסטה בעלי קירות חלקים): תא "בקרה" ללא חומר מסכה, או תא "דגימה" בחתך עגול - ניתן להסרה מחזיק הדגימה מוכנס מחוץ לבד.הקוטר הפנימי של שני החדרים הוא 73 מ"מ, התואם לקוטר הפנימי של מחזיק הדגימה.מחזיק הדגימה משתמש בטבעות מחורצות ובברגים שקועים כדי לאטום היטב את חומר המסכה, ולאחר מכן להכניס את התושבת הניתנת להסרה לתוך הרווח של תא הדגימה, ולאטום אותו בחוזקה במכשיר עם אטמי גומי ומהדקים (איור S2, מידע תמיכה).
קוטר דגימת הבד במגע עם זרימת האוויר הוא 73 מ"מ (שטח = 41.9 סמ"ר);הוא אטום בתא הדגימה במהלך הבדיקה.זרימת האוויר היוצאת מתא "הבקרה" או "הדגימה" מועברת לנתח חלקיקי לייזר (מערכת מדידת חלקיקים LASAIR III 110) כדי למדוד את מספר וריכוז חלקיקי הלטקס.מנתח החלקיקים מציין את הגבול התחתון והעליון של ריכוז החלקיקים, בהתאמה 2 × 10-4 ו≈34 חלקיקים למטר מעוקב (7 ו≈950,000 חלקיקים למטר מעוקב).למדידת ריכוז חלקיקי לטקס, ריכוז החלקיקים מדווח ב"קופסה" עם גבול תחתון וגבול עליון של 0.10-0.15 מיקרומטר, המתאים לגודל המשוער של חלקיקי לטקס בודד בתרסיס.עם זאת, ניתן להשתמש בגדלים אחרים של פחים, וניתן להעריך פחים מרובים בו-זמנית, עם גודל חלקיקים מקסימלי של 5 מיקרומטר.
הציוד כולל גם ציוד אחר, כגון ציוד לשטיפת החדר ומנתח החלקיקים באוויר מסונן נקי, כמו גם שסתומים ומכשירים נחוצים (איור 1).דיאגרמות הצנרת והמכשור המלאות מוצגות באיור S1 ובטבלה S1 של המידע התומך.
במהלך הניסוי, תרחיף הלטקס הוזרק לתוך מחולל האירוסול בקצב זרימה של ≈60 עד 100 µL min-1 כדי לשמור על תפוקת חלקיקים יציבה, כ-14-25 חלקיקים לסנטימטר מעוקב (400,000-לסנטימטר מעוקב) 700 000 חלקיקים).רגליים) בפח בגודל של 0.10-0.15 מיקרומטר.טווח קצב זרימה זה נדרש בגלל השינויים שנצפו בריכוז חלקיקי הלטקס במורד הזרם של מחולל האירוסולים, אשר ניתן לייחס לשינויים בכמות תרחיף הלטקס הנלכדת במלכודת הנוזלים של מחולל האירוסול.
על מנת למדוד את ה-PFE של דגימת בד נתונה, תרסיס חלקיקי הלטקס מועבר תחילה דרך חדר הבקרה ולאחר מכן מופנה אל מנתח החלקיקים.מדוד באופן רציף את ריכוזם של שלושה חלקיקים ברצף מהיר, כל אחד מהם נמשך דקה אחת.מנתח החלקיקים מדווח על ריכוז החלקיקים הממוצע בזמן הניתוח, כלומר, הריכוז הממוצע של החלקיקים בדקה אחת (28.3 ליטר) של הדגימה.לאחר ביצוע מדידות בסיס אלו כדי לקבוע ספירת חלקיקים יציבה וקצב זרימת גז, האירוסול מועבר לתא הדגימה.ברגע שהמערכת מגיעה לשיווי משקל (בדרך כלל 60-90 שניות), נלקחות עוד שלוש מדידות רצופות של דקה אחת ברציפות.מדידות מדגם אלה מייצגות את ריכוז החלקיקים העוברים דרך דגימת הבד.לאחר מכן, על ידי פיצול זרימת האירוסול חזרה לחדר הבקרה, נלקחו עוד שלוש מדידות ריכוז חלקיקים מחדר הבקרה כדי לוודא שריכוז החלקיקים במעלה הזרם לא השתנה באופן מהותי במהלך כל תהליך הערכת הדגימה.מכיוון שהתכנון של שני החדרים זהה - מלבד שתא הדגימה יכול להכיל את מחזיק הדגימה - תנאי הזרימה בתא יכולים להיחשב זהים, ולכן ריכוז החלקיקים בגז היוצא מתא הבקרה ומתא הדגימה ניתן להשוות.
על מנת לשמור על חיי מכשיר מנתח החלקיקים ולהסיר את חלקיקי האירוסול במערכת בין כל בדיקה, השתמש בסילון אוויר מסונן HEPA לניקוי מנתח החלקיקים לאחר כל מדידה, ונקה את תא הדגימה לפני החלפת דגימות.אנא עיין באיור S1 במידע התמיכה לתרשים סכמטי של מערכת שטיפת האוויר בהתקן ה-PFE.
חישוב זה מייצג מדידת PFE "חוזרת" יחידה עבור דגימת חומר בודדת ושווה ערך לחישוב ה-PFE ב-ASTM F2299 (משוואה (2)).
החומרים המתוארים ב-§2.1 אותגרו עם אירוסולים לטקס באמצעות ציוד ה-PFE המתואר ב-§2.3 כדי לקבוע את התאמתם כחומרי מסכה.איור 2 מציג את הקריאות המתקבלות מנתח ריכוז החלקיקים, וערכי ה-PFE של בדי סוודר וחומרי חבטה נמדדים בו-זמנית.בוצעו שלושה ניתוחי דגימות עבור סה"כ שני חומרים ושש חזרות.ברור שהקריאה הראשונה בקבוצה של שלוש קריאות (בגוון בצבע בהיר יותר) שונה בדרך כלל משתי הקריאות האחרות.לדוגמה, הקריאה הראשונה שונה מהממוצע של שתי הקריאות האחרות בשלשות 12-15 באיור 2 ביותר מ-5%.תצפית זו קשורה לאיזון האוויר המכיל אירוסול שזורם דרך מנתח החלקיקים.כפי שנדון בחומרים ושיטות, קריאות שיווי המשקל (ביקורת שנייה ושלישית וקריאות מדגם) שימשו לחישוב ה-PFE בגוונים כחולים כהים ואדומים באיור 2, בהתאמה.בסך הכל, ערך ה-PFE הממוצע של שלושת העותקים הוא 78% ± 2% עבור בד סוודר ו-74% ± 2% עבור חומרי כותנה.
כדי למדוד את ביצועי המערכת, הוערכו גם מסכות רפואיות מאושרות ASTM 2100 (L2, L3) ומכונות הנשמה NIOSH (N95).תקן ASTM F2100 קובע את יעילות סינון החלקיקים תת-מיקרון של חלקיקים של 0.1 מיקרון של מסכות ברמה 2 ורמה 3 להיות ≥ 95% ו≥ 98%, בהתאמה.[5] באופן דומה, מכונות הנשמה N95 עם אישור NIOSH חייבות להראות יעילות סינון של ≥95% עבור ננו-חלקיקי NaCl אטומים בקוטר ממוצע של 0.075 מיקרומטר.[24] Rengasami et al.על פי דיווחים, מסכות N95 דומות מציגות ערך PFE של 99.84%-99.98%, [25] Zangmeister et al.לפי דיווחים, ה-N95 שלהם מייצר יעילות סינון מינימלית של יותר מ-99.9%, [14] בעוד Joo et al.על פי דיווחים, מסכות 3M N95 ייצרו 99% מ-PFE (חלקיקים של 300 ננומטר), [16] ו- Hao et al.ה-N95 PFE המדווח (300 ננומטר חלקיקים) הוא 94.4%.[17] עבור שתי מסכות N95 שאותגרו על ידי Shakya et al.עם כדורי לטקס בגודל 0.1 מיקרומטר, ה-PFE ירד בערך בין 80% ל-100%.[19] כאשר לו ואח'.שימוש בכדורי לטקס באותו גודל כדי להעריך מסכות N95, ה-PFE הממוצע הוא 93.8%.[20] התוצאות שהתקבלו באמצעות הציוד המתואר בעבודה זו מראות כי ה-PFE של מסכת N95 הוא 99.2 ± 0.1%, מה שעולה בקנה אחד עם רוב המחקרים הקודמים.
גם מסכות כירורגיות נבדקו במספר מחקרים.המסכות הכירורגיות של Hao et al.הראו PFE (חלקיקים של 300 ננומטר) של 73.4%, [17] בעוד ששלושת המסכות הניתוחיות שנבדקו על ידי Drewnick וחב'.ה-PFE המיוצר נע בין כ-60% לכמעט 100%.[15] (המסכה האחרונה עשויה להיות דגם מוסמך.) עם זאת, Zangmeister et al.על פי דיווחים, יעילות הסינון המינימלית של שתי המסכות הניתוחיות שנבדקו גבוהה רק במעט מ-30%, [14] נמוכה בהרבה מהמסכות הכירורגיות שנבדקו במחקר זה.באופן דומה, "המסכה הכירורגית הכחולה" שנבדקה על ידי Joo et al.הוכח ש-PFE (חלקיקים של 300 ננומטר) הוא רק 22%.[16] שאקיה ואח'.דיווח כי ה-PFE של מסכות כירורגיות (בשימוש בחלקיקי לטקס בגודל 0.1 מיקרומטר) ירד בערך ב-60-80%.[19] באמצעות כדורי לטקס באותו גודל, המסכה הכירורגית של Lu וחב' הניבה תוצאת PFE ממוצעת של 80.2%.[20] לשם השוואה, ה-PFE של מסכת L2 שלנו הוא 94.2 ± 0.6%, וה-PFE של מסכת L3 הוא 94.9 ± 0.3%.למרות ש-PFEs אלו עולים על PFEs רבים בספרות, עלינו לציין שכמעט ואין רמת הסמכה שהוזכרה במחקר הקודם, והמסכות הכירורגיות שלנו קיבלו הסמכה ברמה 2 ו-3.
באותו אופן שבו נותחו חומרי המסכה המועמדים באיור 2, בוצעו שלוש בדיקות לששת החומרים האחרים כדי לקבוע את התאמתם במסכה ולהדגים את פעולת מכשיר ה-PFE.איור 3 משרטט את ערכי ה-PFE של כל החומרים שנבדקו ומשווה אותם עם ערכי ה-PFE שהושגו על ידי הערכת חומרי מסכות L3 ו-N95 מאושרים.מתוך 11 המסכות/חומרי המסכות המועמדים שנבחרו לעבודה זו, ניתן לראות בבירור מגוון רחב של ביצועי PFE, הנעים בין ≈10% לקרוב ל-100%, בהתאם למחקרים אחרים, [8, 9, 15] ומתארים בתעשייה אין קשר ברור בין PFE ל-PFE.לדוגמה, חומרים בעלי הרכב דומה (שתי דגימות 100% כותנה ומוסלין כותנה) מציגים ערכי PFE שונים מאוד (14%, 54% ו-13%, בהתאמה).אבל חיוני שביצועים נמוכים (לדוגמה, 100% כותנה A; PFE ≈ 14%), ביצועים בינוניים (לדוגמה, 70%/30% תערובת כותנה/פוליאסטר; PFE ≈ 49%) וביצועים גבוהים (לדוגמה, בד סוודר; PFE ≈ 78%) ניתן לזהות בבירור את הבד באמצעות ציוד ה-PFE המתואר בעבודה זו.במיוחד בדי סוודרים וחומרי כותנה עבדו טוב מאוד, עם PFEs שנעו בין 70% ל-80%.חומרים בעלי ביצועים גבוהים כאלה ניתן לזהות ולנתח ביתר פירוט כדי להבין את המאפיינים התורמים לביצועי הסינון הגבוהים שלהם.עם זאת, אנו רוצים להזכיר שמכיוון שתוצאות ה-PFE של חומרים עם תיאורי תעשייה דומים (כלומר חומרי כותנה) שונות מאוד, נתונים אלו אינם מצביעים על אילו חומרים שימושיים באופן נרחב עבור מסכות בד, ואין בכוונתנו להסיק מהם המאפיינים- קטגוריות חומר.יחסי הביצועים.אנו מספקים דוגמאות ספציפיות להדגמת כיול, להראות שהמדידה מכסה את כל טווח יעילות הסינון האפשרית, ולתת את גודל שגיאת המדידה.
השגנו תוצאות PFE אלה כדי להוכיח שלציוד שלנו יש מגוון רחב של יכולות מדידה, שגיאות נמוכות והשוואה לנתונים שהושגו בספרות.לדוגמה, Zangmeister et al.תוצאות ה-PFE של מספר בדי כותנה ארוגים (למשל "כותנה 1-11 אינץ') (89 עד 812 חוטים לאינץ') מדווחות.ב-9 מתוך 11 החומרים, "יעילות הסינון המינימלית" נעה בין 0% ל-25%;ה-PFE של שני החומרים האחרים הוא כ-32%.[14] באופן דומה, Konda et al.נתוני ה-PFE של שני בדי כותנה (80 ו-600 TPI; 153 ו-152 גרם-2) מדווחים.ה-PFE נע בין 7% ל-36% ו-65% ל-85%, בהתאמה.במחקר של Drewnick וחב', בבדי כותנה חד-שכבתיים (כלומר כותנה, סריג כותנה, מולטון; 139–265 TPI; 80–140 גרם–2), טווח החומר PFE הוא כ-10% עד 30%.במחקר של Joo וחב', לחומר 100% הכותנה שלהם יש PFE של 8% (חלקיקים של 300 ננומטר).באגרי וחב'.השתמשו בחלקיקי לטקס פוליסטירן של 0.3 עד 0.5 מיקרומטר.ה-PFE של שישה חומרי כותנה (120-200 TPI; 136-237 גרם-2) נמדד, בטווח שבין 0% ל-20%.[18] לכן, רוב החומרים הללו מתאימים היטב לתוצאות ה-PFE של שלושת בדי הכותנה שלנו (כלומר Veratex Muslin CT, Fabric Store Cottons A ו-B), ויעילות הסינון הממוצעת שלהם היא 13%, 14% ובהתאמה.54%.תוצאות אלו מצביעות על כך שיש הבדלים גדולים בין חומרי כותנה ושתכונות החומר שמובילות ל-PFE גבוה (כלומר כותנה 600 TPI של Konda וחב'; הכותנה שלנו B) מובנות בצורה גרועה.
כאשר מבצעים השוואות אלו, אנו מודים כי קשה למצוא בספרות חומרים שנבדקו בעלי אותם מאפיינים (כלומר, הרכב חומרים, אריגה וסריגה, TPI, משקל וכו') עם החומרים שנבדקו במחקר זה, וכן לכן לא ניתן להשוות ישירות.בנוסף, ההבדלים במכשירים שבהם משתמשים המחברים והיעדר סטנדרטיזציה מקשים על השוואות טובות.עם זאת, ברור שיחסי הביצועים/ביצועים של בדים רגילים אינם מובנים היטב.החומרים ייבחנו בהמשך עם ציוד סטנדרטי, גמיש ואמין (כגון הציוד המתואר בעבודה זו) כדי לקבוע את הקשרים הללו.
למרות שקיימת טעות סטטיסטית כוללת (0-5%) בין שכפול בודד (0-4%) לבין הדגימות שנותחו בשלושה עותקים, הציוד שהוצע בעבודה זו הוכיח את עצמו ככלי יעיל לבדיקת PFE של חומרים שונים.בדים רגילים למסכות רפואיות הניתנות לאישור.ראוי לציין שבין 11 החומרים שנבדקו עבור איור 3, שגיאת ההתפשטות σprop עולה על סטיית התקן בין מדידות ה-PFE של מדגם בודד, כלומר, ה-σsd של 9 מתוך 11 חומרים;שני חריגים אלו מתרחשים בערך PFE גבוה מאוד (כלומר מסכת L2 ו-L3).למרות שהתוצאות שהוצגו על ידי Rengasamy et al.כשהם מראים שההבדל בין דגימות חוזרות הוא קטן (כלומר, חמש חזרות <0.29%), [25] הם חקרו חומרים בעלי תכונות סינון ידועות גבוהות שתוכננו במיוחד לייצור מסכות: החומר עצמו עשוי להיות אחיד יותר, והבדיקה היא גם זו. אזור ה-PFE עשוי להיות עקבי יותר.בסך הכל, התוצאות שהושגו באמצעות הציוד שלנו תואמות את נתוני ה-PFE ותקני ההסמכה שהושגו על ידי חוקרים אחרים.
למרות ש-PFE הוא אינדיקטור חשוב למדידת הביצועים של מסכה, בשלב זה עלינו להזכיר לקוראים שניתוח מקיף של חומרי מסכה עתידיים חייב לשקול גורמים אחרים, כלומר, חדירות החומר (כלומר, באמצעות ירידת לחץ או בדיקת לחץ דיפרנציאלי ).ישנן תקנות ב-ASTM F2100 ו-F3502.יכולת נשימה מקובלת חיונית לנוחות הלובש ומניעת דליפה של קצה המסכה במהלך הנשימה.מכיוון שחדירות ה-PFE וחדירות האוויר של חומרים נפוצים רבים הם בדרך כלל פרופורציונליים הפוך, יש לבצע את מדידת ירידת הלחץ יחד עם מדידת ה-PFE כדי להעריך באופן מלא יותר את הביצועים של חומר המסכה.
אנו ממליצים שהנחיות לבניית ציוד PFE בהתאם ל-ASTM F2299 חיוניות לשיפור מתמיד של תקנים, יצירת נתוני מחקר שניתן להשוות בין מעבדות מחקר ושיפור סינון אירוסול.הסתמכו רק על תקן NIOSH (או F3502), המציין מכשיר בודד (TSI 8130A) ומגביל את החוקרים מלרכוש מכשירי סוהר (לדוגמה, מערכות TSI).ההסתמכות על מערכות סטנדרטיות כגון TSI 8130A חשובה להסמכת התקן הנוכחית, אך היא מגבילה את הפיתוח של מסכות, מכונות הנשמה וטכנולוגיות סינון אירוסול אחרות המנוגדות להתקדמות המחקר.ראוי לציין כי תקן NIOSH פותח כשיטה לבדיקת מכונות הנשמה בתנאים הקשים הצפויים כאשר יש צורך בציוד זה, אך לעומת זאת, מסכות כירורגיות נבדקות בשיטות ASTM F2100/F2299.הצורה והסגנון של מסכות הקהילה דומות יותר למסכות כירורגיות, מה שלא אומר שיש להן ביצועי יעילות סינון מצוינים כמו N95.אם מסכות כירורגיות עדיין מוערכות בהתאם ל-ASTM F2100/F2299, יש לנתח בדים רגילים בשיטה הקרובה יותר ל-ASTM F2100/F2299.בנוסף, ASTM F2299 מאפשר גמישות נוספת בפרמטרים שונים (כגון קצב זרימת אוויר ומהירות פני השטח במחקרי יעילות סינון), מה שעשוי להפוך אותו לסטנדרט מעולה משוער בסביבת מחקר.
זמן פרסום: 30 באוגוסט 2021