ماسک پارچه‌ای چگونه جلوی انتشار ویروس کرونا را می‌گیرد؟

دیگر مثل روزهای اول شیوع ویروس کرونا نیست که می‌گفتند چون میزان تولید و عرضه ماسک‌ها کم است بهتر است آدم‌های عادی ماسک نزنند تا کارکنان بهداشت و سلامتی و بیماران که بیش از همه به ماسک نیاز دارند، بتوانند ماسک داشته باشند. این مشکل البته در روزهای اول انتشار ویروس کرونا چه در ایران و چه در بقیه کشورهای دنیا وجود داشت اما خیلی سریع با افزایش میزان تولید انواع ماسک‌ها رفع شد. حالا همه دنیا یک‌صدا می‌گویند همه باید ماسک بزنند، حتی ماسک پارچه‌ای.

مشخصا بهتر است که یک ماسک استاندارد مثل N95، N99، N100 یا ماسک‌های FFP2 یا FFP3 بدون فیلتر استفاده شود؛ اما بررسی‌های این چندماهه نشان داده است که یک ماسک جراحی معمولی یا حتی ماسک پارچه‌ای هم می‌تواند تا حد چشم‌گیری جلوی گسترش ویروس کرونا و بیماری کووید-۱۹ را بگیرد.

دلیلش این است که زدن ماسک چه ماسک پارچه‌ای و چه ماسک‌های استاندارد، نه برای محافظت از خود ما، بلکه برای محافظت از دیگران در برابر ما لازم است. می‌پرسید چگونه؟ با ما همراه باشید.

ماسک‌های تنفسی مثل N95 چگونه کار می‌کنند؟

وقتی دست به پارچه‌های ماسک‌های تنفسی می‌زنیم شاید اولین چیزی که به ذهن بیاید این است که این ماسک‌ها از پارچه‌هایی با بافت‌های ریز مثل توری درست شده‌اند که می‌توانند جلوی ورود ویروس و دیگر عوامل بیماری‌زا را بگیرند.

اما راستش بخش فیلترکننده در این ماسک‌ها نه‌تنها «بافته‌نشده‌» است، بلکه ابعاد خلل و فرج‌های درون آن بسیار بزرگ‌تر از انواع ویروس‌ها و ذرات معلق در هوا هستند.

هر بار که ما هوا را به داخل ریه‌هایمان می‌کشیم تقریبا نیم لیتر هوا را به شش‌هایمان منتقل می‌کنیم. اختلاف فشاری که در هر بار تنفس توسط ریه‌های ما نسبت به فشار محیط بیرون ایجاد می‌شود، حدود ۸ سانتی‌متر ستون آب (cmH2O) است.

ابعاد ذرات بیماری‌زا و ویروس کرونا

ذرات بیماری‌زا می‌تواند اندازه‌های گوناگونی داشته باشند. باکتری‌ها بین ۱ تا ۲۰ میکرومتر هستند؛ اما ویروس‌ها می‌توانند بین ۷۰ نانومتر تا ۷۰۰ نانومتر تفاوت اندازه داشته باشند.

مثلا راینوویروس‌ها که عامل سرماخوردگی هستند، حدود ۳۰ نانومتری قطر دارند. ویروس ایدز، ویروس کرونا و برخی از گونه‌های ویروس آنفولانزا حدود ۱۲۰ نانومتر قطر دارند.

نفس کشیدن از یک بافت توری که بتواند جلو عبور ذرات ۳۰ نانومتری را بگیرد، بسیار سخت یا شاید غیرممکن است.

زیرا نفس کشیدن از توری که اندازه سوراخ‌های آن حدود ۲۰۰ اتم اکسیژن است، خسته‌کننده است. لااقل اختلاف فشاری که ریه‌های ما ایجاد می‌کند، برای انتقال هوای کافی از این توری بسیار ریز کافی نیست.

ماسک‌های مکانیکی برای ویروس کرونا

ماسک‌های تنفسی و حتی ماسک‌های جراحی به‌گونه‌ای ساخته می‌شوند که بتوانند به‌صورت مکانیکی جلوی ورود ذرات را بگیرند. هدف از ساخت یک ماسک این است که کاری کند تا ذرات موجود در هوا، نخ‌ها و بافت‌های درون ماسک را لمس کنند.

وقتی این ذرات کوچک نخ‌های یک ماسک را لمس کنند، به آن می‌چسبند؛ زیرا در ابعاد میکروسکوپی هر چیزی به‌واسطه نیروی واندروالسی (Van der Waals force) به هم می‌چسبد، دیگر نمی‌تواند رها شود. نیروی واندروالسی در این ابعاد بسیار قوی‌تر از آن است که این ذره‌ها بتوانند از چسبندگی ایجادشده رها شوند.

پس شاید بتوان ماسک‌های تنفسی را نه به شکل یک توری بلکه شبیه یک تار عنکبوت تصور کرد که می‌تواند به هر حشره کوچ و بزرگی بچسبد و آن را به دام بیندازد.

ماسک‌های N95 و FFP3 و بقیه ماسک‌های تنفسی از ایده‌های بسیار جالب فیزیکی برای فیلتر کردن استفاده می‌کنند.

بافت‌های چندلایه

ایده اول ساخت این ماسک‌های این است که آن‌ها را لایه‌لایه کنند؛ زیرا چند تار عنکبوت چسبنده بهتر از یک تار عنکبوت چسبنده است. هر چه تعداد لایه‌های چسبنده بیشتر باشد، شانس چسبیده شدن ذرات به آن بیشتر است. این چندلایه عملا سطح تماس فیلتر ماسک‌ها را افزایش می‌دهند.

برای حداکثر کردن این سطح تماس، فیلتر ماسک از یک پارچه بافته‌نشده از پلیمرها (Non-woven Polymers) با روشی به نام Melt-blowing ساخته می‌شود. در این روش ابعاد نخ‌ها می‌تواند تا ۳۹ نانومتر هم کوچک شوند. معمولا هم از پلی‌پروپیلن برای ساخت این فیلترها استفاده می‌گردد.

این لایه بافته‌نشده چگونه جلوی ویروس کرونا را می‌گیرد؟

وقتی هوای دارای ذرات و میکروب‌ها به‌واسطه تنفس ما از داخل این فیلتر ماسک رد می‌شود، برای ذرات و میکروب‌های موجود در هوا سه اتفاق ممکن است بیفتد.

۱- ذرات بزرگ‌تر از ۱ میکرومتر به دلیل اینرسی خود در مسیر مستقیم حرکت می‌کنند. حر کت در مسیر مستقیم از فیلتر ماسک به این معنی است که این ذرات بالاخره به بخشی از فیلتر برخورد می‌کنند و به آن می‌چسبند. در نتیجه از هوا حذف می‌شوند.

۲- ذرات کوچک‌تر از 0.1 میکرومتر هم آن‌قدر کوچک هستند که به‌علت برخورد با مولکول‌های هوا مسیرشان تغییر می‌کند و اصطلاحا دچار حرکت براونی (Brownian Motion) می‌شوند. این نوع حرکت تصادفی یا آشوبناک و یا کاتوره‌ای (Stochastic) است.

به دلیل چنین حرکتی پیچیده و نامنظمی این ذرات هم در نهایت به نخ‌های فیلتر ماسک برخورد کرده و جذب آن می‌شوند. به چنین اتفاقی «گیر افتادن با پخش» (Captured by diffusion) گفته می‌شود. در نهایت ذرات کوچک هم جذب فیلتر ماسک می‌شوند.

ماسک تنفسی N95 ساخت شرکت M3

۳- فیلتر کردن ذراتی که اندازه آن‌ها بین ۱ میکرومتر و 0.1 میکرومتر است، کمی سخت است. چون این ذرات در مسیر مستقیم حرکت نمی‌کنند و آن‌قدر حرکت آشوبناک دارند که مطمئن باشیم حتما با بافت فیلتر ماسک برخورد می‌کنند. این ذرات همراه با جریان هوا حرکت می‌کنند؛ یعنی اگر جریان هوا در کنار نخ‌های بافت فیلتر خم شود و مسیر عوض کند این ذرات هم مسیرشان را عوض می‌کنند. در نتیجه چنین ذراتی حتی می‌توانند از یک ماسک چندلایه که با همین روش melt-blowing ساخته‌اند هم عبور کنند.

برای اینکه ماسک‌های تنفسی بتوانند این ذرات را نیز جذب کنند، بافت فیلتر ماسک با بار الکتریکی باردار می‌شود.

این بار الکتریکی روی بافت ماسک باعث می‌شود یک قطبیدگی موقت در ذرات موجود در هوا ایجاد شود. این قطبیدگی موقت باعث جذب ذرات به بافت فیلتر می‌شود. وقتی هم که جذب فیلتر شدند با نیروی واندروالسی در فیلتر به دام می‌افتند و حتی اگر دیگر بار الکتریکی در کار نباشد نمی‌توانند دیگر رها شوند.

چون بافت ماسک رسانا نیست این بافت می‌تواند تا مدت‌ها باردار باشد و ذرات را جذب کنند. از طرفی چون ذرات آلوده‌کننده و ویروس‌ها و باکتری‌ها دائما در ماسک مورداستفاده به دام می‌افتد بعد از مدتی هم ممکن است بار الکتریکی ماسک کم شود و هم اینکه خود ماسک به‌اندازه زیاد آلوده شود. در نتیجه این ماسک‌های تنفسی را باید پس از حدود ۸ ساعت دور انداخت.

ضدعفونی کردن ماسک‌های تنفسی در بحران ویروس کرونا

در برخی از بیمارستان‌ها که کمبود ماسک تنفسی وجود دارد نمی‌توان به این راحتی ماسک‌ها را دور انداخت. در این بیمارستان‌ها تلاش می‌شود ماسک‌ها ضدعفونی و دوباره مورد استفاده قرار گیرند؛ اما مشکل اینجاست که استفاده از مواد ضدعفونی معمول مثل آب و صابون یا سفیدکننده، بار الکتریکی فیلتر ماسک‌ها را از بین می‌برد. در نتیجه بخشی از قدرت تصفیه‌کنندگی ماسک از بین می‌رود. بهترین روش برای این ضدعفونی کردن ماسک‌های تنفسی استفاده از بخار آب‌اکسیژنه است.

چرا ماسک علیه ویروس کرونا؟

همه ماسک‌های استاندارد از فیلترهایی که در بالا گفتیم دوخته می‌شوند به‌راحتی می‌توانند ذرات بزرگ‌تر از یک میکرومتر و ذرات کوچک‌تر از 0.1 میکرومتر را فیلتر کنند. ذراتی که اندازه آن‌ها بین این دو مقدار است هم با استفاده از میدان الکتریکی فیلتر می‌شود.

وقتی ماسکی ۹۵ درصد از این ذرات میانی را با استفاده بار الکتریکی فیلتر می‌کند، به آن N95 یا P95 یا R95 می‌گویند. حروف P و R در این ماسک‌های نشانگر مشخصات اضافی دیگر این قبیل ماسک‌ها است.

وقتی ماسکی ۹۹ درصد یا ۱۰۰ درصد این ذرات را فیلتر می‌کنند نام‌هایی چون N99، N100 می‌گیرند.

چنین اتفاقی در دسته‌بندی‌ استانداردهای اروپایی ماسک‌ها FFP2 و FFP3 و همچنین در استاندارد چینی KN95 نیز رخ می‌دهد.

ماسک تنفسی FFP2

ماسک‌های جراحی هم وضعیت مشابهی دارند. با این تفاوت که این ماسک‌ها دیگر لایه‌های دارای بار الکتریکی ندارند پس نمی‌توانند ذرات بین 1 میکرومتر و 0.1 میکرومتر را که از قضا به‌اندازه برخی از ویروس‌ها مثل همین ویروس کرونا است، فیلتر کنند.

ماسک‌های پارچه‌ای هم که با توجه به این گفته کلا نباید اثری داشته باشند؛ زیرا نه بافت فیلتر مناسب دارند و نه بار الکتریکی دارند. این حرف البته درست است.

در این نگاه ماسک‌های جراحی و ماسک‌های پارچه‌ای برای محافظت شما در برابر ویروس کرونا که از تنفس دیگران منتشر می‌شود، هیچ تاثیری ندارند؛ اما دو مسئله وجود دارد که باعث می‌شود این دیدگاه کمی نادرست باشد.

ذرات تنفسی ما بزرگ‌تر از ویروس‌ کرونا هستند

آدم‌ها موقع حرف زدن، تنفس کردن، عطسه و سرفه همواره مقداری ذرات تنفسی از دماغ و دهان خود بیرون می‌دهند.

مسئله اینجاست که کسی که مبتلا به کووید-۱۹ یا آنفولانزا است با عطسه کردن خود ویروس‌های منفرد را بیرون نمی‌دهد. حتی اگر هم ویروس منفرد بدهد چندان خطری ندارند.

یک ویروس منفرد به‌تنهایی در هوا یا سطح اشیا نمی‌تواند دوام بیاورد؛ یعنی اگر یک ویروس منفرد به‌تنهایی در هوا یا سطوح بیفتد خیلی زود غیرفعال می‌شود.

آنچه یک ویروس را محافظ می‌کند رطوبت است. ذرات تنفسی که انسان‌ها و حیوان‌ها هنگام بازدم یا عطسه و سرفه از ریه‌هایشان به بیرون می‌فرستند، اندازه‌ای بزرگ و شاید بزرگ‌تر از یک میکرومتر دارند.

در افراد بیمار هرکدام از این ذرات می‌توانند حاوی ده‌ها یا صدها ویروس کرونا باشند. دریافت تنها هزار ویروس کرونا نیز برای مبتلا کردن یک نفر کافی است.

وقتی کسی ماسک جراحی یا حتی ماسک پارچه‌ای می‌زند، به مرور زمان رطوبت درون ماسک جمع می‌شود. همین رطوبت مانع از این می‌شود که ذرات تنفسی وی بتوانند مستقیما از ماسک خارج شوند.

ماسک‌ برای محافظت دیگران در برابر ما است

تا اینجا دو نکته را گفتیم.

اولا ذرات تنفسی حاوی ویروس کرونا که یک فرد بیمار در بازدم یا عطسه و سرفه خود بیرون می‌دهد، ذرات بزرگی حاوی ویروس کرونا هستند. بقای ویروس بستگی به این رطوبت دارد و اگر این رطوبت از بین برود، ویروس نیز سریع غیرفعال می‌شود. اگر این ذرات روی سطح گرمی بیفتند که باعث شود به‌سرعت رطوبت آن‌ها تبخیر شود، ویروس نیز به‌سرعت غیرفعال می‌شود.

به همین دلیل اگر چیزی جلوی نور آفتاب باشد، همین گرمای آفتاب باعث از بین رفتن ویروس می‌شود.

نکته دوم هم این است که حتی ماسک‌های پارچه‌ای مانع از این می‌شوند که ذرات تنفسی حاوی ویروس کرونا مستقیما از دهان و بینی‌مان بیرون بروند. بلکه این ذرات تنفسی، از بالا و پایین ماسک پارچه‌ای یا جراحی بیرون می‌جهند.

برای فهم این مسئله به تصاویر زیر نگاه کنید.

ذرات تنفسی پخش هنگام حرف زدن بدون ماسک ذرات تنفسی پخش هنگام سرفه کردن بدون ماسک ذرات تنفسی پخش هنگام سرفه کردن با ماسک پارچه‌ای

در این تصاویر جریان هوایی که از به‌واسطه تنفس، حرف زدن و سرفه از دماغ و دهان ما بیرون می‌آید به استفاده از تکنیک شلیرن (Schlieren photography) تصویربرداری شده است.

همچنین منبع تصاویر هم این ویدئو از کانال یوتیوب It's okey to be smart است.

اگر به این تصاویر نگاه کنید می‌بینید کسی که صرفا یک ماسک پارچه‌ای زده‌ است، هنگام سرفه کردن اولا ذرات کمتری به بیرون منتشر می‌کند. نکته مهم‌تر هم این است که دیگر ذرات تنفسی وی مستقیم به جلو پرتاب نمی‌شوند. در نتیجه حالت اولا مسافت کمتری را می‌پیمایند و همچنین تعداد کمتری مبتلا می‌شوند.

به قول همین کسی که ویدئوی لینک داده‌شده می‌گوید، اگر هنگامی که ماسک می‌زنید، داخل ماسک مرطوب و گرم می‌شود، بدین معنی است که ماسک شما کار می‌کند؛ زیرا نمی‌گذارد ذرات تنفسی شما به دیگران برسد یا اینکه از انتشار تعداد زیادی از آن‌ها جلوگیری می‌کند.

ماسک‌های فیلتردار هم باید ممنوع شوند

احتمالا شما خود می‌دانید منظور ما از ماسک فیلتردار چیست. لااقل در تصویر پایین می‌توانید یک ماسک فیلتر‌دار ببینید؛ اما آن تکه پلاستیکی که روی ماسک قرار دارد فیلتر نیست. بلکه یک شیر یک‌طرفه است.

ماسک تنفسی N95 فیلتردار ساخت شرکت M3

به این ماسک‌ها در زبان انگلیسی ماسک‌های شیردار یا Valved Masks می‌گویند. این ماسک‌ها برای استفاده در محیط‌های پر از گردوغبار مناسب هستند؛ زیرا هنگام دم هوای ورودی به ریه را تصفیه می‌کنند؛ اما هنگام بازدم هوای بازگشتی از ریه فرد از طریق این شیر یک‌طرفه به بیرون منتقل می‌شود. با این کار تنفس فرد راحت‌تر می‌شود و کمتر دچار فشار می‌گردد.

وجود این شیر یک‌طرفه به بیرون باعث می‌شود که اگر یک فرد بیمار چنین ماسکی را بزند، هر بار که سرفه و عطسه می‌کند یا اینکه صرفا حرف می‌زند، هوای خروجی از ریه‌های او مستقیما در محیط پخش ‌گردند. در نتیجه در برخی از کشورها استفاده از این ماسک‌های شیردار که به‌اشتباه به آن‌ها ماسک فیلتردار می‌گویند، برای افراد عادی در محیط‌های عادی ممنوع است. اگر هم تا الان ممنوع نبود بعدازاین احتمالا ممنوع شود؛ زیرا از دیگران در برابر شما حفاظت نمی‌کند.