顔を覆うときは、サージカルマスクの科学を考慮してください

Tracie Tung、CSUN 家族および消費者科学教授

アメリカ疾病予防管理センターは最近、公共の場では布製のフェイスカバーを着用することを推奨しました。 新型コロナウイルス感染症（COVID-19）を引き起こすウイルスは、感染者のくしゃみ、咳、呼吸、会話などから飛来する空気中の飛沫によって広がることが知られています。

この勧告から数日後、人々はマスクを自作し始めました。 これらのマスクは、人々を新型コロナウイルス感染症で病気にする感染粒子をブロックするのに役立ちます。

現在、マスクを作るためのチュートリアルがオンラインにたくさんあります。 CDC にはマスクの作り方を教える記事があります。 自由にオンラインで調べて、自分に合ったチュートリアルを見つけてください。

マスクの生地を選択する際のより良い決定を下したり、使用済みマスクの処理方法を知ったりするために、マスクの科学を説明することが役立つと考えました。

医療用マスクは、マスク生地の繊維上で浮遊感染粒子を物理的に捕捉するように設計されています。

現在の市場で最も一般的に見られるマスクは次のとおりです。

手作りコットンマスク。 写真提供：ジーン・オサリバン。

これらのマスクの主な違いは、濾過効率です。 どのタイプのマスクでもある程度の保護は可能です。 N95 は最大限の保護を提供し、専門の医療提供者向けに設計されています。 公共での使用は推奨されません。

研究者らは、N95 マスクは 0.3 ミクロンもの小さな粒子の約 95 パーセントを除去できることを示しました。 コロナウイルスのサイズは約0.1ミクロンですが、通常、ウイルスは飛沫として運ばれ、20ミクロンより大きくなる場合もあります。

サージカルマスクは、0.3 ミクロンの粒子の約 60 ～ 80 パーセントを除去できます。

家庭にある材料を使用して、サージカルマスクの濾過レベルに近いマスクを作成できます。

サージカルマスクは 3 つの層と上部の金属ストリップで構成されています。 各層は着用者に保護と快適さを提供する特定の機能を発揮します。

外層の主な目的は、水、血液、その他の体液をはじくことです。 この層は、会話、咳、くしゃみによって放出される飛沫や大きな浮遊粒子をはじきます。

サージカルマスクの中間層は病原体を濾過し、細菌やウイルスなどの小さな粒子に対するバリアとして機能します。 外層と中間層の繊維内の静電気は、粒子を繊維に吸着させて粒子の伝達を阻止します。

インナーは着用者の肌に触れる部分です。 したがって、着用者からの呼気や汗などの水分を吸収しますが、この層は柔らかく快適である必要があります。 それぞれの層に特有の機能がありますが、3層とも通気性が良く、長時間マスクを着用しても大丈夫です。

布マスクの効果は使用する素材の種類によって異なります。 糸数が多いほど濾過能力が高くなります。

糸番手は、1 平方インチ内に織られた糸の縦方向と横方向の数であり、織物を説明する際によく使用されます。 ニット生地 (T シャツ生地など) の構造は、絡み合ったループの列に基づいています。 この規則的な縦列配列と多孔質構造により、糸の隙間より小さな粒子をすべて捕捉することも困難になります。

テニス ラケットの織物と砂を想像する簡単な例えで、糸番手が浮遊粒子を捕捉する仕組みを説明できます。織物の構造はテニス ラケットに似ており、砂は浮遊粒子に似ています。 テニスラケットで砂を捉えるためには、ストリング間の穴の大きさが砂粒よりも小さい必要があります。

穴のサイズが砂粒よりも大きい場合、穴のサイズを小さくするためにラケットに別の層を追加する必要があります。 あるいは、ラケットにストリングをさらに追加して、よりコンパクトなネット構造を作成することもできます。つまり、織物の糸数を増やすこともできます。

ミズーリ科学技術大学のYang Wang氏が行った研究では、600スレッドカウントの枕カバーで作られたマスクでは粒子の22％しか捕捉されなかったことが示されました。 約 60% を確保するために、彼のチームは枕カバーの層を 4 層に増やしました。 (この厚い構造は着用者に不快感をもたらす可能性があることに注意してください。) 400 スレッドカウントの枕カバーは 600 スレッドカウントの枕カバーよりも効率が低いとワン氏は指摘しました。 彼の研究で行われた比較の残りの部分は以下にリストされています。

サージカル マスクの構造に基づいて、マスクに使用できる材料は次のとおりです。

手作りコットンマスク。 写真提供：ジーン・オサリバン。

サージカルマスクに使用される中間層は不織布、いわゆる「ファイバーウェブ」構造です。 繊維ウェブ構造を形成するために開発されたいくつかの技術の中で、サージカルマスク不織布の製造に使用されるのがメルトブローン法です。 メルトブローン繊維の配置はランダムであるため、粒子が透過する複雑なネットワークが形成されます。 彼らはただ通り抜けることができないのです。

サージカルマスクに近い濾過効率を達成するには、ポリプロピレンメルトブローン不織布の追加を検討してください。これはサージカルマスクに使用される素材であり、静電気をさらに発生させて布地が粒子を捕捉できるエレクトレット品質を備えています。 オレフィンとも呼ばれるポリプロピレン (PP) は石油ベースの繊維で、HVAC フィルター、FedEx の白色封筒、タイベックなどの建築材料に使用されています。

この場合、手作りマスクにはポケットが内蔵されており、使用後にフィルターを交換できるようにする必要があります。

要約すると、効率的なマスクは次の特性で構成される必要があります。

どのような種類のマスクでも、浮遊粒子の伝播を減らし、感染リスクを下げる可能性があります。 さらに、マスクを正しく着脱することも重要です。 浮遊粒子は繊維や布地によって物理的に捕捉されます。 マスクを振ると粒子が落下し、着用者の衣服などに付着する可能性があります。 着用者がそれらの衣服や場所に触れ、その後顔や口に触れた場合、マスクは着用者に期待されるレベルの保護を提供できません。

さらに、フィット係数も重要です。 マスクと顔の間に隙間があると、濾過効率が低下します。 N95 呼吸器は、着用者に優れたフィット感を提供します。 非常にきついので、外すときに多くの医療従事者の顔にマスクの跡が残ります。 サージカルマスクや布製マスクでは、このような良好なフィット感を実現するのは困難です。 したがって、1) サージカルマスクや布製マスクを着用する場合は鼻と口を完全に覆うこと、2) 顔、鼻、目、口に触れずに使用済みマスクをそっと外し、すぐに手を洗うことが非常に重要です。

布マスクは使用後に毎回洗う必要があります。

サージカル マスクと N95 マスクは 1 回限りの使用を想定して作られています。 ポリプロピレンは石油ベースの素材であるため、廃棄されたマスクによる環境への影響についてはさらなる調査が必要です。

最後に、市場に出ているほとんどのマスクが 100% の濾過効率を示さないことは明らかです。 したがって、自分自身や他人を守るためにマスクを着用することが重要であるだけでなく（新型コロナウイルス感染症患者の中には無症状感染者もいます）、社会的距離を保ち、手を洗うこともより重要です。 家に留まり、不要不急の旅行を排除することが、人々と地球を救います。

ジェイソン・ローこの記事に貢献しました。

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健康人間開発学部、家族消費者科学部 CSUN 専門家