Und der Mundschutz hilft doch! - G?ttinger Forscher pr?sentieren eindeutige Ergebnisse

Freitag, 13. November 2020 um 11:21 Uhr

Wie ef?fek?tiv sind All?tags?mas?ken? Das haben Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt untersucht. Ein Blick über den Tellerrand, der auch für die 皇冠体育比分er Uni lohnt.

Alltagsmasken stellen eine wichtige Komponente in der Bek?mpfung der Corona-Pandemie dar. Neueste Erkenntnisse zeigen, wie beim Tragen einer Maske die Atemluft umgelenkt wird und wohin sich die darin befindlichen Aerosole verteilen.

In einem interdisziplin?ren Gemeinschaftsprojekt haben mehrere Institute des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) die Funktionsweise und Wirksamkeit von Alltagsmasken aus Stoff untersucht. Die Experimente zeigen deutlich den Einfluss von Alltagsmasken auf die Verteilung ausgeatmeter Aerosole und Partikel sowie ihren positiven Beitrag zum Schutz vor Infektionen.

Filterwirkung und aerodynamischer Effekt

Bereits die erste Auswertung der Versuchsdaten zeichnet ein deutliches Bild über den Wirkungsmechanismus von Masken:

"Die Versuche zeigen deutlich den positiven Effekt von Alltagsmasken und das obwohl kleine Aerosole den Stoff durchdringen k?nnen.", sagt Versuchsleiter Prof. Andreas Schr?der vom DLR-Institut für Aerodynamik und Str?mungstechnik. Ausgeatmete Bioaerosole sind zu einem wesentlichen Anteil kleiner als 5 ?m, die Maschenweite von Stoffmasken liegt deutlich darüber. Die Aerosole passieren fast ungehindert die Maschen der Versuchsmasken und folgen im weiteren Verlauf dem Str?mungsfeld im Raum. - Stoffmasken schützen aber dennoch! - Der Wirkungsmechanismus liegt im Verlangsamen und Umlenken der Atemluft. Die Laborversuche zeigen, dass die Mund-Nasen-Masken den ausgeatmeten Luftstrom mit den Aerosolen effektiv abbremsen.

 

Die Thermik, hervorgerufen durch die K?rperw?rme, l?sst m?gliche infekti?se Partikel, die durch die Maskenwirkung bei ruhiger Raumluft in K?rpern?he bleiben, in Richtung Raumdecke schweben, wo sie der Luftstr?mung folgen und sich langsam im Raum verteilen. Bei l?ngeren Wegen durch den Raum und durch die begleitende turbulente Durchmischung mit der Raumluft werden die Aerosole weiter verdünnt. Die lokale Konzentration der m?glichen infekti?sen Aerosole im Raum sinkt durch die Masken insbesondere gegenüber Personen, die sich in der N?he aufhalten. Auf regelm??ige Lüftung muss dennoch geachtet werden, um Anreicherungen m?glicher Bioaerosole im Raum zu vermeiden. Aus physikalischer Sicht vergr??ert sich das Volumen mit der dritten Potenz des Abstands (vgl. die Angabe Kubikmeter, m?), wodurch die Konzentration von Bioaerosolen sinkt. Deshalb ist es auch beim Tragen einer Maske ratsam, die Abstandsregeln zu beachten. 

Methodik

Die bildgebenden Messverfahren des Instituts für Aerodynamik und Str?mungstechnik werden im DLR üblicherweise für die Untersuchung von Str?mungen in der Luft- und Raumfahrt genutzt. Im Projekt Aeromask wird eine im DLR entwickelte "3D Particle Tracking-Technologie" eingesetzt, um an der Verbreitung infekti?ser Sars-CoV-2-Viren zu forschen. Die Technik erm?glicht es, den Luftstrom des Atmens, seine Ablenkung durch Masken und den damit einhergehenden Transport von Aerosolen in einem mehrere Kubikmeter gro?en abgeschlossenen Raum bis zu einer Scala von einigen Millimetern genau zu verfolgen. Eine Visualisierung veranschaulicht die dynamische Verteilung der potentiell infekti?sen Aerosole und Partikel im Raum.

In der ersten Phase wurden die Str?mungsmechanik der Atem- und Raumluft und der Einfluss unterschiedlicher Alltagsmasken untersucht. Dazu wurde ein 12 m? gro?er Experimentierraum mit Seifenblasen geflutet, die so klein sind wie Zuckerk?rner (? ~ 350 ?m). Durch ihre Helium-Luft-Füllung schweben sie l?ngere Zeit in der Luft und folgen dem komplexen Str?mungsfeld des Raumes.

Im Testraum atmet eine sitzende Testpuppe. Ihre künstliche Lunge erzeugt eine zyklische Luftstr?mung, die der eines Menschen gleicht. Eine eingebaute Heizung gibt die W?rmeleistung eines Menschen ab und bildet die zugeh?rige Thermik in der umgebenden Luft.

Hochaufl?sende Kameratechnik

Mehrere hochaufl?sende Streaming-Kameras mit jeweils 50 MPixel Aufl?sung halten die Bewegung der Seifenblasen fest, die mit pulsierendem Licht aus einem gro?en Aufbau von LED-Leuchten angestrahlt werden.

Um die Bewegungslinien (Trajektorien) der Millionen von einzelnen Seifenblasen zu verfolgen und das Str?mungsfeld im gesamten Raumvolumen in seiner zeitlichen Abfolge zu vermessen, entwickelten die Str?mungsforscher ausgefeilte volumetrische Auswertungs- und Datenassimilationsverfahren für ihre Analyse. Das DLR eigene "Shake-The-Box" (STB) Particle Tracking Verfahren erlaubt es auf Basis von zeitaufgel?sten Abbildungen dieser kleinen Seifenblasen mittels weniger Kameras, eine sehr gro?e Anzahl ihrer 3D Bahnlinien in der Str?mung zu rekonstruieren.  Bei der STB Technik wird die in den Partikelbildern enthaltene Zeitinformation bei der 3D Rekonstruktion optimal genutzt, wodurch etwa zehn Mal mehr Partikel-Bahnlinien im Messvolumen vermessen werden k?nnen als bei bisherigen Particle Tracking Verfahren.   

Weitere Projektphasen

Auf die erste Laborphase des Projektes folgen nun zwei weitere Phasen, um die Aussagen über die Infektiosit?t und Bewegung der sich im Raum verteilenden Aerosole zu vertiefen. Am Institut für Softwaretechnologie des DLR wird im n?chsten Schritt auf Basis der Messdaten eine Simulation und Visualisierung zur Bewegung von Aerosolen und Partikeln im Raum erstellt. Die Eigenschaften von simulierten Bioaerosolen (definierte Mischungen verschiedener Mikroorganismen) und deren Interaktion mit Masken werden vom DLR-Institut für Raumfahrtmedizin in der Arbeitsgruppe Luft- und Raumfahrtmikrobiologie untersucht.

Die Resultate der n?chsten 皇冠体育比分sphasen des Projekts Aeromask sollen im Frühjahr 2021 vorliegen.

 

 Quelle: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) G?ttingen - Meldung vom 26.Oktober 2020 / Bearbeitung: Sara Reinke


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