ولذلك قال المهندس الميكانيكي طاهر سيف:”تنفيذ الخبرة قد لا تكون كافية لتحديد فعالية بعض الأقمشة المستخدمة في الكمامات المصنوعة منزليًـا”. سيف، أستاذ في العلوم الميكانيكية والهندسة في جامعة إلينوي، أوربانا شامبين، قاد دراسة اختبرت فعالية الأقمشة المنزلية في حجز الرذاذ ونشرت النتائج في مجلة Extreme Mechanics Letters .

جزيئات الهباء الجوي تصنف عادة أقل من 5 ميكروميتر، على مدى نطاق مئات النانومترات. مع ذلك، قال الباحثون أن قطرات الرذاذ الأكبر حجمًا يصل حجمها إلى حوالي 1 ملم، يمكن أن تُطرد حين الكلام، الكحة أو العطس. قطرات الرذاذ الكبيرة هذه تشكل مشكلة بسبب الزخم الكافي يمكنه الضغط على مسام بعض الأقمشة، تنقسم إلى قطرات أصغر وتصبح محمولة في الهواء. مع ذلك، للأشخاص اللذين يجبرون على ارتداء الكمام، يجب أن تكون مريحة وقابلة للتنفس.

قال سيف:”صنع الكمام من أقمشة تنخفض فيها القدرة على التنفس ليست غير مريحة وحسب، ولكن أيضًا يمكن أن يحدث تسرب حيث يتم دفع هواء الزفير للخارج حول ملامح الوجه، يفسد الغرض من الكمام ويوفر شعور زائف بالحماية. هدفنا هو إظهار أن العديد من الأقمشة الشائعة واستغلال المفاضلة بين القدرة على التنفس و كفاءة منع تسرب القطرات الكبيرة”.

اختبر الفريق القدرة على التنفس وحجز الرذاذ في 11 من الأقمشة الشائعة الاستخدام في صنع الكمامات، واستخدموا الكمام الطبي كمعيار. الأقمشة المختارة تراوحت بين الجديدة والمستعملة من الملابس والأقمشة المبطنة والشراشف ومواد تنظيف الصحون. ثم وصف الباحثون الأقمشة من حيث بنائها، ومحتوى الألياف، والوزن، وعدد الخيوط المسامية ومعدل امتصاص الماء.

قال سيف:” إن اختبار القدرة على التنفس من خلال هذه الأقمشة كان الجزء السهل”. نحن ببساطة نقيس معدل تدفق الهواء عبر القماش”. إن اختبار القدرة على منع الرذاذ هو معقد قليلًا بعض الشيء. في المختبر، يملأ الباحثون فوهة جهاز الاستنشاق بالماء المقطر المصنوع من جزيئات الفلورسنت التي يسهل العثور عليها بقطر 100 نانومتر والذي يصادف أنه بحجم جسيم فيروس كورونا الجديد.

عند النفخ، يدفع جهاز الاستنشاق الماء عبر الفوهة ويولد قطرات عالية الزخم تتجمع على طبق بلاستيكي يوضع أمام جهاز الاستنشاق. لاختبار الأقمشة، كرر الباحثون هذه العملية بمختلف المواد الموضوعة فوق أطباق المجموعة. قال سيف: "نحسب عدد الجسيمات النانوية التي تهبط على الطبق باستخدام مجهر متحد البؤر عالي الدقة. يمكننا بعد ذلك استخدام نسبة العدد الذي تم جمعه مع القماش وبدونه لإعطائنا مقياسًا لكفاءة منع القطرات”.

قاس الفريق أيضًا سرعة وحجم الجسيمات التي طردت من جهاز الاستنشاق باستخدام فيديو عالي السرعة. قال الباحثون: "تحليلاتهم كشفت أن القطرات تغادر جهاز الاستنشاق بسرعة 17 مترًا في الثانية”. وأضافوا:” إن القطرات التي يتم إطلاقها عن طريق التحدث والسعال والعطس تتراوح سرعتها بين 10 و 40 مترًا في الثانية من حيث حجم الفيديو عالي السرعة”. القطرات المكتشفة بأقطار تتراوح بين 0.1 إلى 1 ملليمتر، تتطابق مع القطرات الأكبر حجمًا المنبعثة عند التحدث والسعال والعطس.

وقال سيف: "وجدنا أن جميع الأقمشة التي تم اختبارها فعالة بشكل كبير في منع 100 نانومتر من الجسيمات التي تحملها قطرات عالية السرعة مماثلة لتلك التي قد تنطلق عن طريق التحدث والسعال والعطس، حتى لو كانت طبقة واحدة”. "مع وجود طبقتين أو ثلاث طبقات تحقق حتى الأقمشة الأكثر نفاذية، مثل قماش القميص، كفاءة في منع القطرات تشبه تلك الموجودة في القناع الطبي، مع الحفاظ على قابلية تهوية مماثلة أو أفضل”. "توفر منصتنا التجريبية طريقة لاختبار الأقمشة من حيث فعاليتها في الحجب ضد القطرات الصغيرة – والآن – الأكبر حجمًا التي تطلقها حوادث الجهاز التنفسي لدى البشرية”.