Om te weten hoe effectief maskers COVID-19 vertragen, helpt het om ze van dichtbij te bestuderen
Vezels die uit het weefsel van katoenen flanel steken (afgebeeld in deze microscopische doorsnede) zorgen ervoor dat de stof zacht aanvoelt en effectiever is.
Het bestuderen van stoffen met een zeer sterke vergroting helpt te bepalen hoe sommige gezichtsmaskers deeltjes beter filteren dan andere. En de close-ups onthullen een onzichtbare schoonheid van de alledaagse voorwerpen die nu een essentieel onderdeel van het leven over de hele wereld zijn geworden.
Terwijl wetenschappers blijven aantonen hoe effectief maskers kunnen zijn om de verspreiding van het nieuwe coronavirus te vertragen, vooral wanneer ze een goede pasvorm hebben en correct worden gedragen, hebben sommigen microscopische benaderingen gevolgd (SN: 2/12/21​
“Ingebed in microschaaltexturen zijn aanwijzingen waarom materialen verschillende eigenschappen hebben”, zegt Edward Vicenzi, een microanalyse-expert bij het Smithsonian’s Museum Conservation Institute in Suitland, Maryland. “Het ontrafelen van dat bewijs blijkt een leuke klus te zijn.”
Vóór de pandemie bracht Vicenzi zijn dagen door met het observeren van meteorieten, stenen en andere museummonsters onder de microscoop. Maar in maart 2020, toen de COVID-19-pandemie vorderde, voelden hij en collega’s van het National Institute for Standards and Technology in Gaithersburg, Maryland, een sterke wens om bij te dragen aan het terugdringen van het virus. Dus begonnen ze in plaats daarvan gezichtsbedekkende materialen te bestuderen.
-
Katoenen flanel: Een netwerk van katoenvezels ‘zweeft’ boven een geweven oppervlak in deze weergave van de stof. Deze chaotische opstelling geeft katoenflanelvezels extra mogelijkheden om deeltjes vast te pakken terwijl ze door de stof stromen. EP Vicenzi / Smithsonian’s Museum Conservation Institute en NIST -
Mix van polyester en katoen: Slordige natuurlijke katoenvezels (bleek) contrasteren met bijna identieke polyestervezels (blauw) in deze afbeelding met valse kleuren. Polyestervezels zijn zeer georganiseerd, meestal recht en glad, waardoor ze minder effectief zijn dan alleen katoenvezels bij het vangen van deeltjes op nanoschaal. EP Vicenzi / Smithsonian’s Museum Conservation Institute en NIST -
Rayon: Net als patronen die worden waargenomen op rigatoni-pasta, lopen groeven langs de lengte van rayonvezels. In tegenstelling tot katoenen washandjes heeft rayon geen duidelijke webachtige structuren die zijn gevormd uit verhoogde vezels, waardoor deeltjes gemakkelijker van de ene kant van de synthetische stof naar de andere kunnen worden verplaatst. EP Vicenzi / Smithsonian’s Museum Conservation Institute en NIST -
Wollen flanel: In dwarsdoorsnede gezien, lijken deze vezels op een orkaanwerveling. Wollen flanel kan ook vezelwebben vormen die deeltjes blokkeren, maar die webben zijn niet zo effectief als die van 100 procent katoen, vonden onderzoekers. EP Vicenzi / Smithsonian’s Museum Conservation Institute en NIST -
N95-masker: In een N95-masker (te zien in doorsnede in valse kleuren), sandwichen een dunne buitenlaag (boven) en dikke binnenlaag (onder) een filterlaag (paars), die de kleinste deeltjes opvangt. De meerlagige assemblage van plastic wordt gesmolten en tot een webachtige stof geblazen, waardoor N95s-deeltjes beter filteren dan stoffen maskers, zelfs katoenen maskers. EP Vicenzi / Smithsonian’s Museum Conservation Institute en NIST
Met een scanning-elektronenmicroscoop hebben Vicenzi en collega’s tientallen materialen onderzocht, waaronder koffiefilters, kussenslopen, chirurgische maskers en N95-maskers. In 2020 ontdekte het team dat N95-ademhalingsmaskers zijn het meest effectief om bescherming te bieden tegen aërosolen zoals die waarin SARS-CoV-2, het virus dat COVID-19 veroorzaakt, reist. En de onderzoekers meldden dat synthetische stoffen, zoals chiffon of rayon, niet zoveel deeltjes vasthouden als strak geweven katoenen washandjes.
Microscopische texturen kunnen het vermogen van elke stof om aerosolen te filteren verklaren. De willekeurige aard van katoenvezels – met zijn gerimpelde textuur en complexe vormen zoals knikken, bochten en plooien – zorgt ervoor dat katoen waarschijnlijk meer nanodeeltjes vasthoudt dan andere stoffen, zegt Vicenzi. Polyesterstoffen daarentegen hebben zeer georganiseerde, meestal rechte en gladde vezels, waardoor ze minder efficiënt zijn als gezichtsmaskers.
Katoenen washandjes bieden ook extra bescherming door vocht uit de adem te absorberenRapporteren Vicenzi en collega’s 8 maart in Door ACS toegepaste nanomaterialen​
“Omdat katoen van water houdt, zwelt het op in vochtige omgevingen, en dat maakt het moeilijker voor deeltjes om door een masker te komen”, zegt Vicenzi. Maskers van polyester en nylon daarentegen “stoten water uit je adem af, dus er is geen bijkomend voordeel.”
Door zijn werk heeft Vicenzi de onzichtbare wereld van gezichtsbedekkende materialen verkend. Sommige stoffen doen hem denken aan voedsel, zoals rayonvezels die lijken op de textuur van rigatoni-pasta. Anderen, zoals wol, herinneren hem aan atmosferische patronen zoals de werveling van een orkaan.
Vicenzi is van plan om gezichtsmaskers van dichtbij te blijven observeren. En hij hoopt dat zijn onderzoek mensen helpt beslissen hoe ze zichzelf en anderen het beste kunnen beschermen tijdens de COVID-19-pandemie. “Het is fijn om zo mogelijk een effectief materiaal voor een masker te gebruiken”, zegt hij. “Het dragen van een masker in vergelijking met helemaal geen masker maakt echter het grootste verschil bij het vertragen van de verspreiding van ziekteverwekkers.”
