Der „Nies-Simulator“ zeigt die Verteilung von Aerosolen

Die Wissenschaftler der Universitat Rovira i Virgili in Tarragona haben einen Simulator entwickelt, der den Partikelstaub durch Husten und Niesen präzise reproduziert. Dabei handelt es sich um ein dreidimensionales Modell der oberen Atemwege, einschließlich des Nasenhöhlen, des Organs, das die Aerosol-Evakuierungsbahn bestimmt.

Das Gerät kann die „Nasenlöcher“ graduell öffnen, um die Luftströme zu verändern und so Atemereignisse mit verschiedenen Konfigurationen auszulösen. Parameter wie Geschwindigkeit, Luft- und Ausatmungsdauer können ebenfalls angepasst werden, um eine genaue Wiedergabe von Atemabläufen unter verschiedenen Bedingungen zu erreichen. Um die Partikeldispersion in Echtzeit zu untersuchen, verwendete das Team Hochgeschwindigkeitskameras und einen Laserstrahl.

Die neuen Daten liefern Informationen zur Verbesserung persönlicher Schutzausrüstungen wie Masken sowie zur Entwicklung von Lüftungssystemen, die die Exposition gegenüber Krankheitserregern in gemeinsamen Umgebungen und der daraus resultierenden Übertragung von Krankheiten reduzieren.

Die Ergebnisse zeigen, dass die Nasenhöhle einen erheblichen Einfluss auf die Aerosoldynamik hat: Denn wenn wir mit der Nase ausatmen, neigen Aerosole dazu, sich vertikaler und weniger horizontal zu verteilen. Dies kann das Risiko einer direkten Übertragung zwischen den Menschen in der Umgebung verringern, aber es führt auch dazu, dass Partikel länger in der Suspension bleiben und gleichmäßig im Raum verteilt werden. In lybeten Umgebungen mit wenig Belüftung erhöht diese Ansammlung die Konzentration von Aerosolen und damit das Risiko einer langfristigen Exposition durch andere Personen.

Im Unterschied dazu folgen Aerosole wenn wir durch den Mund ausatmen einem horizontaleren Pfad und legen eine größere Entfernung zurück. Dieses Muster erhöht das Risiko einer Übertragung in unmittelbarer Nähe, da Partikel eher direkt auf Menschen in unmittelbarer Nähe abgelagert werden, insbesondere in Situationen wie persönlichen Gesprächen oder in gemeinsamen Umgebungen.

„Diese Ergebnisse helfen uns zu verstehen, wie Teilchenkerne in Innenräumen verteilt sind und wie Krankheiten durch die Luft übertragen werden“, erklärte Nicolás Catalán, Forscher am URV-Department für Maschinenbau. In diesem Sinne sei es „entscheidendes Wissen für die Gestaltung persönlicher Schutzausrüstungen wie Masken oder zur Verbesserung von Lüftungssystemen in risikoreichen Umgebungen wie Krankenhäusern, Labors oder Bildungszentren, um das Ansteckungsrisiko zu verringern“.

Darüber hinaus entwarf das Team ein analytisches Modell, das die Entwicklung von Aerosolkernen nach Variablen wie der Ausgangsgeschwindigkeit, dem Luftvolumen und den Bedingungen des Atmungssystems vorhersagt. „Es ist ein Werkzeug, das wir experimentell validieren konnten; es ist in verschiedenen Situationen anwendbar und könnte eine nützliche Ressource in zukünftigen Projekten sein“, sagte Catalán, Co-Autor der Forschung.

Die Forscher betonen, es sei notwendig, die Forschung auf „Umweltfaktoren wie Temperatur und Feuchtigkeit zu erweitern und die langfristige Verteilung von Aerosolen zu untersuchen“.