Một mô hình toán học về sự di chuyển của các tia có thể có ý nghĩa quan trọng trong việc tìm hiểu sự lây lan của các bệnh qua đường không khí, chẳng hạn như COVID-19.

Tổ chức Y tế Thế giới đã cảnh báo rằng việc truyền COVID-19 qua đường khí dung đang bị đánh giá thấp. Nếu nghi ngờ lan truyền sol khí là đáng kể, chúng tôi sẽ cần xem xét lại các hướng dẫn về cách xa xã hội, hệ thống thông gió và không gian chung.

Một nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học Heriot-Watt và Đại học Edinburgh ở Anh tin rằng cần có sự hiểu biết tốt hơn về các hành vi giọt khác nhau và cơ chế phân tán khác nhau của chúng dựa trên kích thước giọt.

Trong Vật lý chất lỏng, từ Nhà xuất bản AIP, nhóm trình bày một mô hình toán học phân định rõ ràng các giọt có kích thước nhỏ, trung bình và lớn. Các công thức đơn giản có thể được sử dụng để xác định phạm vi tối đa của giọt.

Đường dẫn của giọt từ bệnh nhân đến thiết bị chiết: giọt nhỏ, trung bình và lớn. Credit: Cathal Cummins

Điều này có ý nghĩa quan trọng đối với việc tìm hiểu sự lây lan của các bệnh trong không khí, chẳng hạn như COVID-19, vì các thử nghiệm phân tán của chúng cho thấy sự vắng mặt của các giọt có kích thước trung bình, như mong đợi.

Cathal Cummins, thuộc Đại học Heriot-Watt, cho biết: “Vật lý dòng chảy của một người nào đó ho rất phức tạp, liên quan đến các tia phản lực hỗn loạn và sự bay hơi của các giọt,” Cathal Cummins, thuộc Đại học Heriot-Watt cho biết. “Và sự gia tăng của COVID-19 đã tiết lộ những lỗ hổng trong kiến ​​thức của chúng ta về vật lý của các chiến lược truyền tải và giảm thiểu.”

Một trong những khoảng trống như vậy trong vật lý là một mô tả rõ ràng, đơn giản về vị trí của các giọt riêng lẻ khi phóng ra.

Cummins nói: “Chúng tôi muốn phát triển một mô hình toán học về một ai đó đang thở có thể được khám phá bằng phân tích để kiểm tra vật lý nổi trội khi chơi.

Khi một người thở, họ phát ra các giọt có kích thước khác nhau mà không nhất thiết phải tuân theo luồng không khí một cách trung thực.

Khoảng cách ngang tối đa được bao phủ bởi các giọt nước thở ra đối với các đường kính giọt khác nhau: thở nặng nhọc so với thở yên tĩnh. Dấu chấm màu đỏ cho biết mức tối thiểu toàn cầu trong khoảng cách được bao phủ. Trong trường hợp này, mức tối thiểu đạt được đối với các giọt có đường kính từ 50 đến 80 micron. Credit: Cathal Cummins

“Chúng tôi biểu thị hơi thở như một nguồn điểm của cả không khí và giọt và bao gồm một điểm chìm để mô hình hóa hiệu quả của việc hút không khí và các giọt,” Cummins nói. “Để tính đến sự khác biệt về kích thước và mật độ của chúng, chúng tôi sử dụng phương trình Maxey-Riley, mô tả chuyển động của một quả cầu cứng nhỏ nhưng có kích thước hữu hạn qua chất lỏng.”

Công trình này cung cấp cho các nhà nghiên cứu một khuôn khổ chung để hiểu sự phân tán giọt. Tính đơn giản của mô hình chứng tỏ rằng tính hai phương thức thực sự có thể là một thuộc tính của chính các giọt và nhóm cung cấp các công thức để dự đoán khi nào các giọt như vậy sẽ có phạm vi ngắn.

Felicity Mehendale, đồng tác giả và bác sĩ phẫu thuật tại Đại học Edinburgh, cho biết: “Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy không có mối quan hệ tuyến tính giữa kích thước giọt và độ dịch chuyển – với cả những giọt nhỏ và lớn di chuyển xa hơn những giọt có kích thước trung bình. “Chúng ta không thể tự mãn về những giọt nước nhỏ. PPE là một rào cản hiệu quả đối với các giọt lớn nhưng có thể kém hiệu quả hơn đối với những giọt nhỏ ”.

Như một giải pháp, Mehendale đã nảy ra ý tưởng tạo ra một thiết bị chiết xuất khí dung. Nhóm nghiên cứu đang lên kế hoạch sản xuất bộ chiết khí dung để giữ an toàn cho các bác sĩ lâm sàng trong một loạt các quy trình tạo khí dung được thực hiện thường xuyên trong y học và nha khoa. Các đơn vị chiết xuất được đặt gần các nguồn giọt có thể bẫy các giọt một cách hiệu quả, nếu đường kính của chúng thấp hơn đường kính của sợi tóc người.

Cummins nói: “Điều này có ý nghĩa quan trọng đối với đại dịch COVID-19. “Các giọt lớn hơn sẽ dễ dàng bị PPE thu lại, chẳng hạn như khẩu trang và tấm che mặt. Nhưng những giọt nhỏ hơn có thể xâm nhập vào một số dạng PPE, vì vậy một máy chiết xuất có thể giúp giảm bớt sự yếu kém trong hệ thống phòng thủ hiện tại của chúng ta trước COVID-19 và các đại dịch trong tương lai ”.

Mehendale cho biết hiểu rõ hơn về hành vi của giọt nước sẽ giúp “cung cấp thông tin hướng dẫn an toàn cho các quy trình tạo khí dung, và nó sẽ có liên quan trong các đại dịch hiện tại và tương lai, cũng như các bệnh truyền nhiễm khác. Mô hình toán học này cũng có thể đóng vai trò là cơ sở của việc mô hình hóa tác động lên sự phân tán giọt của các hệ thống thông gió hiện có trong một loạt các không gian lâm sàng. ”

###

Tham khảo: “Sự phân tán của các giọt hình cầu trong các dòng chảy chìm trong nguồn và mức độ liên quan của chúng với đại dịch COVID-19” là của CP Cummins, OJ Ajayi, FV Mehendale, R. Gabl và IM Viola, ngày 4 tháng 8 năm 2020, Vật lý của Chất lỏng.
DOI: 10.1063 / 5.0021427

Nguồn: scitechdaily