مركز الامتياز لمعدات ومواد الحماية (CEPEM) ، 1280 Main St.W ، Hamilton ، ON ، Canada
استخدم الرابط أدناه لمشاركة النسخة الكاملة من هذه المقالة مع أصدقائك وزملائك.يتعلم أكثر.
توصي وكالات الصحة العامة المجتمعات باستخدام الأقنعة لتقليل انتشار الأمراض المنقولة بالهواء مثل COVID-19.عندما يعمل القناع كمرشح عالي الكفاءة ، سيتم تقليل انتشار الفيروس ، لذلك من المهم تقييم كفاءة ترشيح الجسيمات (PFE) للقناع.ومع ذلك ، فإن التكاليف المرتفعة والمهلة الطويلة المرتبطة بشراء نظام PFE الجاهز أو الاستعانة بمختبر معتمد تعيق اختبار مواد المرشح.من الواضح أن هناك حاجة إلى نظام اختبار PFE "مخصص" ؛ومع ذلك ، فإن المعايير المختلفة التي تنص على اختبار PFE للأقنعة (الطبية) (على سبيل المثال ، ASTM International ، NIOSH) تختلف اختلافًا كبيرًا في وضوح بروتوكولاتها وإرشاداتها.هنا ، تم وصف تطوير نظام وطريقة PFE "داخلية" لاختبار الأقنعة في سياق معايير القناع الطبي الحالية.وفقًا لمعايير ASTM الدولية ، يستخدم النظام الهباء الجوي من كرات اللاتكس (حجم اسمي 0.1 ميكرومتر) ويستخدم محلل جسيمات الليزر لقياس تركيز الجسيمات في بداية ونهاية مادة القناع.قم بإجراء قياسات PFE على مختلف الأقمشة الشائعة والأقنعة الطبية.تفي الطريقة الموضحة في هذا العمل بالمعايير الحالية لاختبار PFE ، مع توفير المرونة للتكيف مع الاحتياجات المتغيرة وظروف التصفية.
توصي وكالات الصحة العامة بأن يرتدي عامة الناس أقنعة للحد من انتشار COVID-19 وغيره من الأمراض التي تنقلها القطيرات والهباء الجوي.[1] شرط ارتداء الأقنعة فعال في تقليل انتقال العدوى ، [2] ويشير إلى أن أقنعة المجتمع غير المختبرة توفر ترشيحًا مفيدًا.في الواقع ، أظهرت دراسات النمذجة أن الانخفاض في انتقال COVID-19 يتناسب تقريبًا مع المنتج المشترك لفعالية القناع ومعدل التبني ، وهذه وغيرها من التدابير المستندة إلى السكان لها تأثير تآزري في الحد من الاستشفاء والوفيات.[3]
لقد زاد عدد الأقنعة الطبية وأجهزة التنفس المعتمدة المطلوبة من قبل العاملين في مجال الرعاية الصحية وغيرهم من العاملين في الخطوط الأمامية بشكل كبير ، مما شكل تحديات لسلاسل التصنيع والتوريد الحالية ، وتسبب في قيام الشركات المصنعة الجديدة باختبار المواد الجديدة واعتمادها بسرعة.قامت منظمات مثل ASTM International والمعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية (NIOSH) بتطوير طرق موحدة لاختبار الأقنعة الطبية ؛ومع ذلك ، فإن تفاصيل هذه الأساليب تختلف على نطاق واسع ، وقد وضعت كل منظمة معايير الأداء الخاصة بها.
تعد كفاءة ترشيح الجسيمات (PFE) أهم خصائص القناع لأنها مرتبطة بقدرته على ترشيح الجسيمات الصغيرة مثل الهباء الجوي.يجب أن تفي الأقنعة الطبية بأهداف PFE المحددة [4-6] حتى يتم اعتمادها من قبل الهيئات التنظيمية مثل ASTM International أو NIOSH.تم اعتماد الأقنعة الجراحية من قبل ASTM ، وأجهزة التنفس N95 معتمدة من قبل NIOSH ، ولكن يجب أن يجتاز كلا القناعين قيم قطع PFE محددة.على سبيل المثال ، يجب أن تحقق أقنعة N95 نسبة 95٪ من الترشيح للهباء الجوي المكون من جزيئات الملح بمتوسط عدد يبلغ 0.075 ميكرومتر ، بينما يجب أن تحقق الأقنعة الجراحية ASTM 2100 L3 98٪ من الترشيح للهباء الجوي المكون من كرات اللاتكس بمتوسط قطر 0.1 ميكرومتر من الفلتر. .
يعد الخياران الأولان مكلفان (> 1،000 دولار لكل عينة اختبار ، ويُقدر أن يكون> 150،000 دولار أمريكي للمعدات المحددة) ، وخلال جائحة COVID-19 ، هناك تأخيرات بسبب أوقات التسليم الطويلة ومشاكل التوريد.أدت التكلفة العالية لاختبار PFE وحقوق الوصول المحدودة - جنبًا إلى جنب مع عدم وجود إرشادات متماسكة بشأن تقييمات الأداء الموحدة - إلى قيام الباحثين باستخدام مجموعة متنوعة من أنظمة الاختبار المخصصة ، والتي غالبًا ما تستند إلى معيار واحد أو أكثر للأقنعة الطبية المعتمدة.
عادة ما تكون معدات اختبار مواد القناع الخاصة الموجودة في الأدبيات الحالية مماثلة لمعايير NIOSH أو ASTM F2100 / F2299 المذكورة أعلاه.ومع ذلك ، فإن الباحثين لديهم الفرصة لاختيار أو تغيير التصميم أو معلمات التشغيل وفقًا لتفضيلاتهم.على سبيل المثال ، تم استخدام التغييرات في سرعة سطح العينة ، ومعدل تدفق الهواء / الهباء الجوي ، وحجم العينة (المنطقة) ، وتكوين جزيئات الهباء الجوي.استخدمت العديد من الدراسات الحديثة معدات مخصصة لتقييم مواد الأقنعة.تستخدم هذه المعدات أيروسولات كلوريد الصوديوم وهي قريبة من معايير NIOSH.على سبيل المثال ، Rogak et al.(2020) ، Zangmeister et al.(2020) ، Drunic et al.(2020) وجو وآخرون.(2021) ستنتج جميع المعدات المُصنَّعة بخاخ كلوريد الصوديوم (أحجام مختلفة) ، والذي يتم تحييده عن طريق الشحن الكهربائي ، وتخفيفه بالهواء المصفى وإرساله إلى عينة المادة ، حيث يتم قياس حجم الجسيمات الضوئية ، والجسيمات المكثفة من مختلف قياس تركيز الجسيمات المجمع [9 ، 14-16] كوندا وآخرون.(2020) و Hao et al.(2020) تم تصنيع جهاز مماثل ، لكن لم يتم تضمين معادل الشحن.[8 ، 17] في هذه الدراسات ، تفاوتت سرعة الهواء في العينة بين 1 و 90 لترًا في الدقيقة (أحيانًا للكشف عن تأثيرات التدفق / السرعة) ؛ومع ذلك ، كانت سرعة السطح بين 5.3 و 25 سم ث -1 بين.يبدو أن حجم العينة يختلف بين -3.4 و 59 سم 2.
على العكس من ذلك ، هناك عدد قليل من الدراسات حول تقييم مواد القناع من خلال المعدات التي تستخدم الهباء الجوي اللاتكس ، وهو قريب من معيار ASTM F2100 / F2299.على سبيل المثال ، Bagheri et al.(2021) ، شاكيا وآخرون.(2016) و Lu et al.(2020) صنع جهازًا لإنتاج رذاذ البوليسترين اللاتكس ، والذي تم تخفيفه وإرساله إلى عينات المواد ، حيث تم استخدام أجهزة تحليل الجسيمات المختلفة أو أجهزة تحليل حجم الجسيمات المتحركة لقياس تركيز الجسيمات.[18-20] ولو وآخرون.تم استخدام معادل الشحنة في اتجاه مجرى مولد الهباء الجوي ، ولم يفعل مؤلفو الدراستين الأخريين.كما تغير معدل تدفق الهواء في العينة بشكل طفيف - ولكن ضمن حدود معيار F2299 - من -7.3 إلى 19 لترًا في الدقيقة.تمت دراسة سرعة سطح الهواء بواسطة Bagheri et al.2 و 10 سم ث -1 (ضمن النطاق القياسي) ، على التوالي.ولو وآخرون ، وشاكيا وآخرون.[18-20] بالإضافة إلى ذلك ، المؤلف وشاكيا وآخرون.تم اختبار كرات اللاتكس بأحجام مختلفة (أي بشكل عام ، من 20 نانومتر إلى 2500 نانومتر).ولو وآخرون.على الأقل في بعض اختباراتهم ، استخدموا حجم الجسيم المحدد 100 نانومتر (0.1 ميكرومتر).
في هذا العمل ، نصف التحديات التي نواجهها في إنشاء جهاز PFE يتوافق مع معايير ASTM F2100 / F2299 الحالية قدر الإمكان.من بين المعايير الشائعة الرئيسية (مثل NIOSH و ASTM F2100 / F2299) ، يوفر معيار ASTM مرونة أكبر في المعلمات (مثل معدل تدفق الهواء) لدراسة أداء الترشيح الذي قد يؤثر على PFE في الأقنعة غير الطبية.ومع ذلك ، كما أوضحنا ، توفر هذه المرونة مستوى إضافيًا من التعقيد في تصميم هذه المعدات.
تم شراء المواد الكيميائية من Sigma-Aldrich واستخدامها كما هي.تتم تنقية مونومر الستايرين (≥99٪) من خلال عمود زجاجي يحتوي على مزيل مثبط الألومينا ، وهو مصمم لإزالة ثلاثي بوتيل كاتيكول.يأتي الماء منزوع الأيونات (≈0.037 S سم -1) من نظام تنقية المياه Sartorius Arium.
نسج القطن العادي 100٪ (Muslin CT) بوزن اسمي يبلغ 147 جرامًا -2 يأتي من Veratex Lining Ltd. ، QC ، ومزيج البامبو / السبانديكس يأتي من D.تأتي مواد القناع الأخرى المرشحة من تجار التجزئة المحليين للأقمشة (فابريلاند).تشتمل هذه المواد على نوعين مختلفين من الأقمشة المنسوجة من القطن بنسبة 100٪ (بطبعات مختلفة) ، وقماش محبوك من القطن / سبانديكس ، وأقمشة محبوكة من القطن / البوليستر (أحدهما "عالمي" والآخر "قماش سترة") وقطن غير منسوج / بولي بروبيلين مخلوط مواد الضرب القطن.يوضح الجدول 1 ملخصًا لخصائص النسيج المعروفة.من أجل قياس المعدات الجديدة ، تم الحصول على أقنعة طبية معتمدة من المستشفيات المحلية ، بما في ذلك أقنعة طبية معتمدة من ASTM 2100 Level 2 (L2) و Level 3 (L3 ؛ Halyard) وأجهزة تنفس N95 (3M).
تم قطع عينة دائرية بقطر 85 مم تقريبًا من كل مادة ليتم اختبارها ؛لم يتم إجراء أي تعديلات أخرى على المواد (على سبيل المثال ، الغسيل).ثبت حلقة النسيج في حامل عينة جهاز PFE للاختبار.يبلغ القطر الفعلي للعينة الملامسة لتدفق الهواء 73 مم ، وتستخدم المواد المتبقية لإصلاح العينة بإحكام.بالنسبة للقناع المجمع ، يكون الجانب الذي يلامس الوجه بعيدًا عن رذاذ المادة الموردة.
تخليق كرات اللاتكس الأنيونية أحادية التشتت بواسطة بلمرة المستحلب.وفقًا للإجراء الموصوف في الدراسة السابقة ، تم إجراء التفاعل في وضع نصف دفعي من تجويع المونومر.[21 ، 22] أضف الماء منزوع الأيونات (160 مل) إلى دورق دائري ذو ثلاث رقبات سعة 250 مل وضعه في حمام زيت متحرك.تم بعد ذلك تطهير الدورق بالنيتروجين ويضاف مونومر ستيرين خالي من الموانع (2.1 مل) إلى الدورق المطهر والمقلوب.بعد 10 دقائق عند 70 درجة مئوية ، أضف كبريتات لوريل الصوديوم (0.235 جم) مذابة في ماء منزوع الأيونات (8 مل).بعد 5 دقائق أخرى ، تمت إضافة بيرسلفات البوتاسيوم (0.5 جم) مذاب في ماء منزوع الأيونات (2 مل).على مدار الخمس ساعات التالية ، استخدم مضخة حقنة لحقن ستيرين إضافي خالي من المانع ببطء (20 مل) في القارورة بمعدل 66 ميكرولتر على الأقل.بعد اكتمال ضخ الستيرين ، استمر التفاعل لمدة 17 ساعة أخرى.ثم تم فتح القارورة وتبريدها لإنهاء البلمرة.تم غسيل مستحلب لاتكس البوليسترين المركب ضد الماء منزوع الأيونات في أنبوب غسيل الكلى من جلد الثعبان (3500 Da قطع الوزن الجزيئي) لمدة خمسة أيام ، وتم استبدال الماء منزوع الأيونات كل يوم.قم بإزالة المستحلب من أنبوب غسيل الكلى وقم بتخزينه في الثلاجة عند 4 درجات مئوية حتى الاستخدام.
تم إجراء تشتت الضوء الديناميكي (DLS) باستخدام محلل Brookhaven 90Plus ، وكان الطول الموجي لليزر 659 نانومتر ، وكانت زاوية الكاشف 90 درجة.استخدم برنامج حل الجسيمات المدمج (الإصدار 2.6 ؛ Brookhaven Instruments Corporation) لتحليل البيانات.يتم تخفيف معلق اللاتكس بالماء منزوع الأيونات حتى يصل عدد الجسيمات إلى ما يقرب من 500 ألف تهم في الثانية (kcps).تم تحديد حجم الجسيم ليكون 125 ± 3 نانومتر ، وكان التشتت المتعدد المبلغ عنه 0.289 ± 0.006.
تم استخدام محلل محتمل ZetaPlus zeta (Brookhaven Instruments Corp.) للحصول على القيمة المقاسة لإمكانات زيتا في وضع تشتت الضوء لتحليل الطور.تم تحضير العينة بإضافة قسامة من اللاتكس إلى محلول كلوريد الصوديوم 5 × 10-3 م وتخفيف معلق اللاتكس مرة أخرى لتحقيق عدد جسيمات يبلغ حوالي 500 كيلو كبسولة.تم إجراء خمسة قياسات متكررة (تتكون كل منها من 30 مرة) ، مما أدى إلى قيمة زيتا المحتملة -55.1 ± 2.8 مللي فولت ، حيث يمثل الخطأ الانحراف المعياري لمتوسط قيمة التكرارات الخمسة.تشير هذه القياسات إلى أن الجسيمات مشحونة سلبًا وتشكل تعليقًا ثابتًا.يمكن العثور على بيانات DLS و zeta المحتملة في جداول المعلومات الداعمة S2 و S3.
لقد قمنا ببناء المعدات وفقًا لمعايير ASTM الدولية ، كما هو موضح أدناه والموضح في الشكل 1. يتم استخدام مولد رذاذ Blaustein ذو النفاثة الواحدة (BLAM؛ CHTech) لإنتاج الهباء الجوي الذي يحتوي على كرات من اللاتكس.يدخل تيار الهواء المرشح (الذي تم الحصول عليه من خلال GE Healthcare Whatman 0.3 ميكرومتر HEPA-CAP و 0.2 ميكرومتر من مرشحات POLYCAP TF في سلسلة) إلى مولد الأيروسول عند ضغط 20 رطل / بوصة مربعة (6.9 كيلو باسكال) ويذري جزءًا من 5 مجم L-1 التعليق يتم حقن السائل في كرة اللاتكس للجهاز من خلال مضخة حقنة (KD Scientific Model 100).يتم تجفيف الجسيمات الرطبة المتطايرة عن طريق تمرير تيار الهواء تاركًا مولد الهباء الجوي من خلال مبادل حراري أنبوبي.يتكون المبادل الحراري من أنبوب فولاذي 5/8 بوصة ملفوف مع ملف تسخين بطول 8 أقدام.الإخراج هو 216 واط (BriskHeat).وفقًا للقرص القابل للضبط ، يتم ضبط خرج السخان على 40٪ من القيمة القصوى للجهاز (≈86 وات) ؛ينتج عن ذلك متوسط درجة حرارة للجدار الخارجي يبلغ 112 درجة مئوية (الانحراف المعياري -1 درجة مئوية) ، والذي يتم تحديده بواسطة قياس مزدوج حراري مثبت على السطح (تايلور الولايات المتحدة الأمريكية).يلخص الشكل S4 في المعلومات الداعمة أداء السخان.
يتم بعد ذلك خلط الجزيئات المجففة مع حجم أكبر من الهواء المرشح لتحقيق معدل تدفق إجمالي للهواء يبلغ 28.3 لترًا في الدقيقة (أي 1 قدم مكعب في الدقيقة).تم اختيار هذه القيمة لأنها تمثل معدل التدفق الدقيق لأخذ العينات بأداة تحليل جسيمات الليزر في اتجاه مجرى النظام.يتم إرسال تيار الهواء الذي يحمل جزيئات اللاتكس إلى واحدة من غرفتين رأسيتين متطابقتين (على سبيل المثال ، أنابيب فولاذية مقاومة للصدأ ذات جدران ملساء): غرفة "تحكم" بدون مادة قناع ، أو غرفة "عينة" مقطوعة بشكل دائري قابلة للفصل ، حامل العينة يتم إدخاله خارج القماش.يبلغ القطر الداخلي للغرفتين 73 مم ، وهو ما يتناسب مع القطر الداخلي لحامل العينة.يستخدم حامل العينة حلقات محززة ومسامير غائرة لإغلاق مادة القناع بإحكام ، ثم أدخل الدعامة القابلة للفصل في فجوة حجرة العينة ، وختمها بإحكام في الجهاز باستخدام حشيات ومشابك مطاطية (الشكل S2 ، معلومات الدعم).
يبلغ قطر عينة النسيج الملامسة لتدفق الهواء 73 مم (المساحة = 41.9 سم 2) ؛يتم غلقه في حجرة العينة أثناء الاختبار.يتم نقل تدفق الهواء الذي يخرج من حجرة "التحكم" أو "العينة" إلى محلل جزيئات الليزر (نظام قياس الجسيمات LASAIR III 110) لقياس عدد وتركيز جزيئات اللاتكس.يحدد محلل الجسيمات الحدود الدنيا والعليا لتركيز الجسيمات ، على التوالي 2 × 10-4 و 34 جسيم لكل قدم مكعب (7 و ≈950000 جسيم لكل قدم مكعب).لقياس تركيز جزيئات اللاتكس ، يتم الإبلاغ عن تركيز الجسيمات في "صندوق" بحد أدنى وحد أعلى من 0.10 - 0.15 ميكرومتر ، يتوافق مع الحجم التقريبي لجزيئات اللاتكس المفردة في الهباء الجوي.ومع ذلك ، يمكن استخدام أحجام أخرى للحاوية ، ويمكن تقييم العديد من الصناديق في نفس الوقت ، بحد أقصى لحجم الجسيمات يبلغ 5 ميكرومتر.
تشتمل المعدات أيضًا على معدات أخرى ، مثل معدات شطف الغرفة ومحلل الجسيمات بهواء مفلتر نظيف ، بالإضافة إلى الصمامات والأدوات اللازمة (الشكل 1).يتم عرض المخططات الكاملة للأنابيب والأجهزة في الشكل S1 والجدول S1 للمعلومات الداعمة.
أثناء التجربة ، تم حقن معلق اللاتكس في مولد الهباء الجوي بمعدل تدفق من -60 إلى 100 ميكرولتر دقيقة -1 للحفاظ على إخراج جسيم ثابت ، حوالي 14-25 جسيمًا لكل سنتيمتر مكعب (400000 - لكل سنتيمتر مكعب) 700 000 جسيم).قدم) في سلة بحجم 0.10 - 0.15 ميكرومتر.نطاق معدل التدفق هذا مطلوب بسبب التغييرات الملحوظة في تركيز جزيئات اللاتكس في اتجاه مجرى مولد الهباء الجوي ، والتي قد تُعزى إلى التغيرات في كمية تعليق اللاتكس التي تم التقاطها بواسطة مصيدة السائل لمولد الهباء الجوي.
من أجل قياس PFE لعينة نسيج معينة ، يتم أولاً نقل رذاذ جسيمات اللاتكس عبر غرفة التحكم ثم توجيهه إلى محلل الجسيمات.قم بقياس تركيز ثلاث جسيمات بشكل مستمر في تتابع سريع ، كل منها يستمر دقيقة واحدة.يسجل محلل الجسيمات متوسط الوقت لتركيز الجسيمات أثناء التحليل ، أي متوسط تركيز الجزيئات في دقيقة واحدة (28.3 لتر) من العينة.بعد أخذ قياسات خط الأساس هذه لإنشاء عدد ثابت للجسيمات ومعدل تدفق الغاز ، يتم نقل الهباء الجوي إلى حجرة العينة.بمجرد أن يصل النظام إلى التوازن (عادةً 60-90 ثانية) ، يتم أخذ ثلاثة قياسات أخرى متتالية لمدة دقيقة واحدة في تتابع سريع.تمثل قياسات العينة هذه تركيز الجزيئات التي تمر عبر عينة النسيج.بعد ذلك ، من خلال تقسيم تدفق الهباء الجوي إلى غرفة التحكم ، تم أخذ ثلاثة قياسات أخرى لتركيز الجسيمات من غرفة التحكم للتحقق من أن تركيز الجسيمات في المنبع لم يتغير بشكل كبير خلال عملية تقييم العينة بأكملها.نظرًا لأن تصميم الغرفتين متماثل - باستثناء أن غرفة العينة يمكن أن تستوعب حامل العينة - يمكن اعتبار ظروف التدفق في الغرفة كما هي ، وبالتالي فإن تركيز الجزيئات في الغاز يغادر غرفة التحكم وحجرة العينة يمكن أن يقارن.
من أجل الحفاظ على عمر أداة محلل الجسيمات وإزالة جزيئات الهباء الجوي في النظام بين كل اختبار ، استخدم نفاثة هواء مصفاة HEPA لتنظيف محلل الجسيمات بعد كل قياس ، وتنظيف حجرة العينة قبل تغيير العينات.يرجى الرجوع إلى الشكل S1 في معلومات الدعم للحصول على مخطط تخطيطي لنظام تدفق الهواء على جهاز PFE.
يمثل هذا الحساب قياس PFE "متكرر" لعينة مادة واحدة وهو مكافئ لحساب PFE في ASTM F2299 (المعادلة (2)).
تم تحدي المواد الموضحة في الفقرة 2.1 مع رذاذ اللاتكس باستخدام معدات PFE الموصوفة في الفقرة 3.2 لتحديد مدى ملاءمتها كمواد قناع.يوضح الشكل 2 القراءات التي تم الحصول عليها من محلل تركيز الجسيمات ، ويتم قياس قيم PFE لأقمشة السترة ومواد الضرب في نفس الوقت.تم إجراء ثلاثة تحليلات للعينة لما مجموعه مادتين وستة تكرارات.من الواضح أن القراءة الأولى في مجموعة من ثلاث قراءات (مظللة بلون أفتح) تختلف عادةً عن القراءتين الأخريين.على سبيل المثال ، تختلف القراءة الأولى عن متوسط القراءتين الأخريين في 12-15 ثلاثية في الشكل 2 بأكثر من 5٪.ترتبط هذه الملاحظة بتوازن الهواء المحتوي على الهباء الجوي المتدفق عبر محلل الجسيمات.كما تمت مناقشته في المواد والطرق ، تم استخدام قراءات التوازن (التحكم الثاني والثالث وقراءات العينة) لحساب PFE باللون الأزرق الداكن والظلال الحمراء في الشكل 2 ، على التوالي.بشكل عام ، يبلغ متوسط قيمة PFE للتكرارات الثلاثة 78٪ ± 2٪ لنسيج السترة و 74٪ ± 2٪ لمواد الضرب القطنية.
لقياس أداء النظام ، تم أيضًا تقييم الأقنعة الطبية المعتمدة ASTM 2100 (L2 ، L3) وأجهزة التنفس NIOSH (N95).يحدد معيار ASTM F2100 كفاءة ترشيح الجسيمات دون ميكرون لجزيئات 0.1 ميكرومتر من أقنعة المستوى 2 والمستوى 3 لتكون ≥ 95٪ و ≥ 98٪ ، على التوالي.[5] وبالمثل ، يجب أن تُظهر أجهزة التنفس N95 المعتمدة من NIOSH كفاءة ترشيح تبلغ 95٪ لجسيمات كلوريد الصوديوم النانوية المتناهية الصغر بمتوسط قطر يبلغ 0.075 ميكرومتر.[24] رينغاسامي وآخرون.وفقًا للتقارير ، تُظهر أقنعة N95 المماثلة قيمة PFE من 99.84٪ -99.98٪ ، [25] Zangmeister et al.وفقًا للتقارير ، ينتج N95 كفاءة ترشيح دنيا تزيد عن 99.9٪ ، [14] بينما Joo et al.وفقًا للتقارير ، أنتجت أقنعة 3M N95 99٪ من PFE (جسيمات 300 نانومتر) ، [16] و Hao et al.تبلغ نسبة N95 PFE المبلغ عنها (300 نانومتر جسيمات) 94.4٪.[17] بالنسبة لاثنين من أقنعة N95 تم تحديها بواسطة Shakya et al.مع كرات اللاتكس 0.1 ميكرومتر ، انخفض PFE تقريبًا بين 80٪ و 100٪.[19] عندما لو وآخرون.باستخدام كرات اللاتكس من نفس الحجم لتقييم أقنعة N95 ، تم الإبلاغ عن متوسط PFE بنسبة 93.8٪.[20] تظهر النتائج التي تم الحصول عليها باستخدام المعدات الموصوفة في هذا العمل أن PFE لقناع N95 هو 99.2 ± 0.1٪ ، وهو ما يتوافق جيدًا مع معظم الدراسات السابقة.
تم اختبار الأقنعة الجراحية أيضًا في العديد من الدراسات.أقنعة جراحية من Hao et al.أظهر PFE (300 نانومتر جسيمات) 73.4 ٪ ، [17] بينما تم اختبار الأقنعة الجراحية الثلاثة بواسطة Drewnick et al.يتراوح إنتاج PFE من حوالي 60٪ إلى 100٪ تقريبًا.[15] (قد يكون القناع الأخير نموذجًا معتمدًا.) ومع ذلك ، Zangmeister et al.وفقًا للتقارير ، فإن الحد الأدنى من كفاءة الترشيح للقناع الجراحي المختبرين أعلى بقليل من 30٪ ، [14] أقل بكثير من الأقنعة الجراحية التي تم اختبارها في هذه الدراسة.وبالمثل ، تم اختبار "القناع الجراحي الأزرق" بواسطة Joo et al.إثبات أن PFE (جسيمات 300 نانومتر) هي 22٪ فقط.[16] شاكيا وآخرون.ذكرت أن PFE للأقنعة الجراحية (باستخدام 0.1 ميكرومتر من جزيئات اللاتكس) انخفض تقريبًا بنسبة 60-80 ٪.[19] باستخدام كرات اللاتكس من نفس الحجم ، أنتج القناع الجراحي لو وآخرون نتيجة PFE بمتوسط 80.2٪.[20] وبالمقارنة ، فإن PFE لقناع L2 هو 94.2 ± 0.6٪ ، و PFE لقناع L3 هو 94.9 ± 0.3٪.على الرغم من أن PFEs هذه تتجاوز العديد من PFEs في الأدبيات ، يجب أن نلاحظ أنه لا يوجد تقريبًا أي مستوى شهادة مذكور في البحث السابق ، وقد حصلت أقنعةنا الجراحية على شهادة المستوى 2 والمستوى 3.
بنفس الطريقة التي تم بها تحليل مواد القناع المرشح في الشكل 2 ، تم إجراء ثلاثة اختبارات على المواد الست الأخرى لتحديد مدى ملاءمتها في القناع وإثبات تشغيل جهاز PFE.يرسم الشكل 3 قيم PFE لجميع المواد المختبرة ويقارنها بقيم PFE التي تم الحصول عليها من خلال تقييم مواد قناع L3 و N95 المعتمدة.من بين 11 قناعًا / مواد قناع مرشح تم اختيارها لهذا العمل ، يمكن رؤية مجموعة واسعة من أداء PFE بوضوح ، تتراوح من 10٪ إلى ما يقرب من 100٪ ، بما يتوافق مع الدراسات الأخرى ، [8 ، 9 ، 15] وتوصيفات الصناعة لا توجد علاقة واضحة بين PFE و PFE.على سبيل المثال ، تُظهر المواد ذات التركيب المماثل (عينتان قطن 100٪ وشاش قطني) قيم PFE مختلفة جدًا (14٪ ، 54٪ ، و 13٪ ، على التوالي).لكن من الضروري الأداء المنخفض (على سبيل المثال ، 100٪ قطن أ ؛ PFE ≈ 14٪) ، أداء متوسط (على سبيل المثال ، 70٪ / 30٪ مزيج قطن / بوليستر ؛ PFE ≈ 49٪) وأداء مرتفع (على سبيل المثال ، سترة قماش ؛ PFE 78٪) يمكن تحديد النسيج بوضوح باستخدام معدات PFE الموصوفة في هذا العمل.كان أداء أقمشة السترات ومواد الضرب القطنية جيدًا للغاية ، حيث تتراوح نسبة البولي إيثيلين تيرفثالات من 70٪ إلى 80٪.يمكن تحديد هذه المواد عالية الأداء وتحليلها بمزيد من التفصيل لفهم الخصائص التي تساهم في أداء الترشيح العالي.ومع ذلك ، نود أن نذكر أنه نظرًا لأن نتائج PFE للمواد ذات الأوصاف الصناعية المماثلة (مثل المواد القطنية) مختلفة تمامًا ، فإن هذه البيانات لا تشير إلى المواد المفيدة على نطاق واسع لأقنعة القماش ، ولا ننوي استنتاج الخصائص- فئات المواد.علاقة الأداء.نقدم أمثلة محددة لإثبات المعايرة ، وإظهار أن القياس يغطي النطاق الكامل لكفاءة الترشيح الممكنة ، وإعطاء حجم خطأ القياس.
لقد حصلنا على نتائج PFE هذه لإثبات أن أجهزتنا لديها مجموعة واسعة من إمكانيات القياس ، وخطأ منخفض ، ومقارنة بالبيانات التي تم الحصول عليها في الأدبيات.على سبيل المثال ، Zangmeister et al.تم الإبلاغ عن نتائج PFE للعديد من الأقمشة القطنية المنسوجة (مثل "قطن 1-11 ″) (89 إلى 812 خيطًا في البوصة).في 9 من 11 مادة ، تتراوح "كفاءة الترشيح الدنيا" من 0٪ إلى 25٪ ؛تبلغ نسبة PFE في المادتين الأخريين حوالي 32٪.[14] وبالمثل ، Konda et al.تم الإبلاغ عن بيانات PFE لاثنين من الأقمشة القطنية (80 و 600 TPI ؛ 153 و 152 جم -2).يتراوح PFE من 7٪ إلى 36٪ و 65٪ إلى 85٪ على التوالي.في دراسة Drewnick et al. ، في الأقمشة القطنية أحادية الطبقة (مثل القطن ، القطن المحبوك ، الموليتون ؛ 139-265 TPI ؛ 80-140 جم -2) ، يتراوح نطاق مادة PFE حوالي 10٪ إلى 30٪.في دراسة Joo et al. ، تحتوي مادتهم القطنية 100٪ على PFE بنسبة 8٪ (جزيئات 300 نانومتر).باقري وآخرونتستخدم جزيئات لاتكس البوليسترين من 0.3 إلى 0.5 ميكرومتر.تم قياس PFE لست مواد قطنية (120-200 TPI ؛ 136-237 جم -2) ، تتراوح من 0٪ إلى 20٪.[18] لذلك ، تتوافق معظم هذه المواد جيدًا مع نتائج PFE لأقمشةنا القطنية الثلاثة (مثل Veratex Muslin CT و Fabric Store Cottons A و B) ، ومتوسط كفاءة الترشيح 13٪ و 14٪ على التوالي.54٪.تشير هذه النتائج إلى وجود اختلافات كبيرة بين المواد القطنية وأن خصائص المواد التي تؤدي إلى ارتفاع PFE (مثل قطن Konda et al.
عند إجراء هذه المقارنات ، فإننا نعترف بصعوبة العثور على المواد المختبرة في الأدبيات التي لها نفس الخصائص (مثل تكوين المواد ، والنسيج والحياكة ، و TPI ، والوزن ، وما إلى ذلك) مع المواد التي تم اختبارها في هذه الدراسة ، و لذلك لا يمكن مقارنتها مباشرة.بالإضافة إلى ذلك ، فإن الاختلافات في الأدوات المستخدمة من قبل المؤلفين والافتقار إلى التوحيد القياسي يجعل من الصعب إجراء مقارنات جيدة.ومع ذلك ، من الواضح أن علاقة الأداء / الأداء للأقمشة العادية ليست مفهومة جيدًا.سيتم اختبار المواد بشكل إضافي باستخدام معدات قياسية ومرنة وموثوقة (مثل المعدات الموضحة في هذا العمل) لتحديد هذه العلاقات.
على الرغم من وجود خطأ إحصائي إجمالي (0-5٪) بين تكرار واحد (0-4٪) والعينات التي تم تحليلها في ثلاث نسخ ، أثبتت المعدات المقترحة في هذا العمل أنها أداة فعالة لاختبار PFE للمواد المختلفة.أقمشة عادية لأقنعة طبية معتمدة.تجدر الإشارة إلى أنه من بين 11 مادة تم اختبارها للشكل 3 ، يتجاوز خطأ الانتشار σ الانحراف المعياري بين قياسات PFE لعينة واحدة ، أي σsd 9 من أصل 11 مادة ؛يحدث هذان الاستثناءان في قيمة PFE عالية جدًا (أي قناع L2 و L3).على الرغم من أن النتائج التي قدمها Rengasamy et al.إظهار أن الاختلاف بين العينات المتكررة صغير (أي خمسة تكرارات <0.29٪) ، [25] درسوا مواد ذات خصائص ترشيح عالية معروفة مصممة خصيصًا لتصنيع القناع: قد تكون المادة نفسها أكثر اتساقًا ، والاختبار أيضًا. قد تكون منطقة نطاق PFE أكثر اتساقًا.بشكل عام ، النتائج التي تم الحصول عليها باستخدام أجهزتنا تتوافق مع بيانات PFE ومعايير الشهادات التي حصل عليها باحثون آخرون.
على الرغم من أن PFE هو مؤشر مهم لقياس أداء القناع ، في هذه المرحلة ، يجب علينا تذكير القراء بأن التحليل الشامل لمواد القناع المستقبلية يجب أن يأخذ في الاعتبار عوامل أخرى ، أي نفاذية المواد (أي من خلال انخفاض الضغط أو اختبار الضغط التفاضلي ).هناك لوائح في ASTM F2100 و F3502.التهوية المقبولة ضرورية لراحة مرتديها ومنع تسرب حافة القناع أثناء التنفس.نظرًا لأن PFE ونفاذية الهواء للعديد من المواد الشائعة عادة ما تكون متناسبة عكسيًا ، يجب إجراء قياس انخفاض الضغط جنبًا إلى جنب مع قياس PFE لتقييم أداء مادة القناع بشكل كامل.
نوصي بأن تكون الإرشادات الخاصة بإنشاء معدات PFE وفقًا لـ ASTM F2299 ضرورية للتحسين المستمر للمعايير ، وتوليد بيانات البحث التي يمكن مقارنتها بين مختبرات البحث ، وتعزيز ترشيح الهباء الجوي.الاعتماد فقط على معيار NIOSH (أو F3502) ، الذي يحدد جهازًا واحدًا (TSI 8130A) ويقيد الباحثين عن شراء الأجهزة الجاهزة (على سبيل المثال ، أنظمة TSI).يعد الاعتماد على الأنظمة الموحدة مثل TSI 8130A أمرًا مهمًا للحصول على الشهادة القياسية الحالية ، ولكنه يحد من تطوير الأقنعة وأجهزة التنفس وغيرها من تقنيات ترشيح الهباء الجوي التي تتعارض مع تقدم البحث.تجدر الإشارة إلى أن معيار NIOSH قد تم تطويره كطريقة لاختبار أجهزة التنفس في ظل الظروف القاسية المتوقعة عند الحاجة إلى هذا الجهاز ، ولكن على النقيض من ذلك ، يتم اختبار الأقنعة الجراحية باستخدام طرق ASTM F2100 / F2299.يشبه شكل وأسلوب أقنعة المجتمع الأقنعة الجراحية ، وهذا لا يعني أنها تتمتع بأداء كفاءة ترشيح ممتاز مثل N95.إذا كان لا يزال يتم تقييم الأقنعة الجراحية وفقًا لـ ASTM F2100 / F2299 ، فيجب تحليل الأقمشة العادية باستخدام طريقة أقرب إلى ASTM F2100 / F2299.بالإضافة إلى ذلك ، يسمح ASTM F2299 بمرونة إضافية في المعلمات المختلفة (مثل معدل تدفق الهواء وسرعة السطح في دراسات كفاءة الترشيح) ، مما قد يجعله معيارًا تقريبيًا متفوقًا في بيئة البحث.
الوقت ما بعد: 30 أغسطس - 2021