마스크 착용이 SARS를 운반하는 입자 분산에 미치는 영향에 대한 3D 모델링 및 시뮬레이션

Oct 11, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 8929(2023) 이 기사 인용

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코로나19 팬데믹(세계적 대유행)이 전 세계적으로 정체 또는 감소하는 모습을 보이고 있지만, 병원성 생물학적 인자의 ​​공중 살포로 인한 질병의 재발이나 다른 전염병의 발생도 배제할 수 없습니다. 이러한 물질, 특히 코로나19 질병의 비리온은 감염된 증상이 있거나 무증상인 사람의 가래에서 유래한 입자에서 발견됩니다. 이전 연구에서 우리는 3차원 전산유체역학(CFD) 모델을 사용하여 환기되고 반제한된 공간에서 입자 이동과 분산을 시뮬레이션했습니다. 예를 들어, 감염된 승객이 호흡과 기침을 하는 동안 비말(1 및 10μm)과 방울(100 및 1000μm)을 방출하는 통근 열차 객차를 고려했습니다. 오일러 접근법과 라그랑지안 접근법을 사용하여 객차의 환기로 인해 생성된 난류에서 입자의 분산을 모델링했습니다. 시뮬레이션은 두 접근 방식에서 유사한 결과를 반환했으며 공기 중 물방울의 에어로졸과 스펙트럼의 반대쪽 끝에서 초기 속도에 따라 떨어지거나 발사체처럼 행동하는 물방울의 매우 뚜렷한 공기 역학을 명확하게 보여주었습니다. 이 수치 연구에서는 보호 마스크를 착용하지 않은 승객을 고려했습니다. 이 새로운 연구 단계에서 우리는 먼저 문헌 데이터를 사용하여 인간을 나타내는 디지털 마네킹에 사용할 일반적인 수술용 마스크 모델을 개발했습니다. 다음으로 열차 객차의 쌍둥이 실험을 재개했는데, 이번에는 승객들(감염자 포함)에게 수술용 마스크를 지급했습니다. 스프레더 승객이 마스크를 착용했는지, 마스크가 완벽하게 밀착되었는지(누출 없음) 느슨하게 착용되었는지(누출 있음)에 따라 입자의 공간적, 시간적 분포를 비교했습니다. 입자 확산을 제한하는 마스크 착용의 명백한 가치를 입증하는 것 외에도, 우리의 모델과 시뮬레이션을 통해 감염된 승객의 마스크 착용 여부에 따라 객차에 부유하는 입자의 비율을 정량화할 수 있습니다. 더욱이 수행된 계산은 고려된 장소의 동일한 물리적 모델과 디지털 트윈을 기반으로 대중 교통뿐만 아니라 기타 공공 또는 개인 환기 공간에서 많은 다른 응용 프로그램 중 하나의 예시적인 적용일 뿐입니다. 따라서 CFD를 사용하면 마스크 착용 여부에 관계없이 사람들의 장소 점유의 중요성을 추정하고 코로나19 바이러스와 같은 모든 종류의 공기 중 병원체에 의한 공기 오염을 제한하기 위한 조치를 권장할 수 있습니다.

2021년 중반부터 전 세계의 우려는 코로나19 팬데믹 이외의 재앙에 초점을 맞추고 있는 것으로 보입니다. 그럼에도 불구하고 이 질병은 다른 호흡기 감염, 특히 독감과 마찬가지로 계절에 따라 재발할 수 있습니다. 코로나19는 주로 더럽고 이전에 오염된 물체("매개물"이라고도 함)와의 접촉과 감염된 사람들이 방출한 입자의 이동 및 분산을 통해 전염됩니다. 이와 관련하여 감염된 사람이 재채기나 기침을 할 때뿐만 아니라 말하거나 단순히 숨을 쉴 때 생성되는 액체 입자에 바이러스의 세포외 형태인 비리온이 존재하고 병원성을 띠는 것으로 확인되었습니다. 비리온은 증상이 있는 사람들의 가래에서 발견되지만, 무증상 사람들의 가래에서도 발견됩니다. 무증상 사람들은 자신도 모르게 다른 사람에게 감염을 전파할 수 있으며, 다른 사람들은 자신이 오염되었다는 사실도 모를 것입니다. 다양한 크기의 액체 입자로 운반되는 감염원의 공기 전파는 서론 후반부에서 논의됩니다. 이는 특히 코로나19에만 국한된 것이 아니기 때문에 우려를 불러일으킵니다. 실제로 이는 기타 중증 급성 호흡기 증후군(SARS), 중동 호흡기 증후군(MERS) 또는 다양한 유형의 인플루엔자(H1N1) 및 그 변종과 같은 다른 많은 호흡기 질환에서 흔합니다.