Roušky a respirátory pod mikroskopem. Detaily ukazují, jak zachytávají viry

Říká se, že abyste pochopili, jak něco funguje, pomůže, když se na to můžete podívat zblízka. Právě tento přístup zaujala skupina vědců při studiu toho, jak pomáhají látkové roušky proti šíření covidu-19.

Roušky fungují tak, že blokují některé kapičky naplněné virem a menší částice, takzvané aerosoly, které infikovaná osoba vydechuje – ty se tedy od člověka, který již může být nakažený, ale ještě o tom neví, nedostanou k ostatním. Současně poskytují svému nositeli jistou míru ochrany tím, že filtrují vzduch přicházející k němu zvenku – v tom jsou ale méně účinné než respirátory. Účelem roušek ani respirátorů není zachytit jednotlivé částice viru, ale kapénky, v nichž se virus drží.

Vědci z amerického Národního úřadu pro standardy a technologie chtěli vědět, jak dobře různé tkaniny filtrují tyto částice a co dělá z některých tkanin lepší filtry než jiné.

Jejich výzkum ukazuje, že bavlněné tkaniny mají obecně lepší výsledky než syntetické, přičemž obzvláště účinné jsou bavlněné flanelové tkaniny. Když jsou vystavené vlhkosti v dechu člověka, působí bavlněné tkaniny ještě účinněji.

V rámci tohoto výzkumu jeden člen týmu, Edward Vicenzi, použil skenovací elektronový mikroskop, aby prozkoumal látky zblízka. Jeho snímky poskytly vědcům důležité poznatky o vlastnostech filtrování částic různých látek. A všem ostatním mohou ukázat, jak vypadá neviditelný svět, který nosí před ústy a nosem.

Polyesterová vlákna jako síto

Průřez křížícími se polyesterovými vlákny
Zdroj: E.P. Vicenzi/Smithsonian's Museum Conservation Institute and NIST


Polyester je syntetický materiál, který, stejně jako mnoho jiných látek, je tvořen jednotlivými vlákny svázanými do nití, které jsou spletené dohromady. Tento obrázek ukazuje průřez tvary jednotlivých vláken. Výzkumníci použili obrázky, jako je tento, k měření šířky jednotlivých vláken – klíčové proměnné, která ovlivňuje filtraci částic.

Měřítko na tomto obrázku má 125 mikrometrů, je tedy jen o něco širší než průměrný lidský vlas.

Aerosoly, které mohou obsahovat koronavirus, se liší velikostí, ale menší mohou být o jednu setinu širší než vlákna na tomto obrázku a některé jsou dokonce menší. Textilní roušky nezachycují všechny tyto malé aerosoly, ale zachycují většinu z nich, což zpomaluje šíření nemoci.

Bavlna je účinnější

Bavlněná vlákna
Zdroj: E.P. Vicenzi/Smithsonian's Museum Conservation Institute and NIST

Tento obrázek ukazuje příčný řez bavlněného flanelu a jeho vazbu. Kromě měření šířky jednotlivých vláken použili vědci obrázky, jako je tento, k měření tloušťky tkanin – to je další důležitá proměnná, která ovlivňuje schopnost roušek filtrovat drobné částice.

Kromě měření těchto proměnných měřili autoři studie také filtrační výkon tkanin. To jim umožnilo pochopit, jak tyto proměnné ovlivňují filtraci a jak masky fungují na mikroskopické úrovni.

Srovnání bavlněného flanelu (vlevo) s polyesterem (vpravo)
Zdroj: E.P. Vicenzi/Smithsonian’s Museum Conservation Institute and NIST


Tkanina flanelu je ukryta pod neuspořádanou sítí vláken – právě díky nim je flanel na dotek tak měkký. Naopak vlákna v polyesteru jsou velmi uspořádaná a konzistentní.
Vědci si myslí, že bavlněné flanely jsou obzvláště dobrými filtry částečně i kvůli tomuto chaotickému uspořádání jejich vláken. To totiž zvyšuje pravděpodobnost, že aerosol procházející látkou se srazí s vláknem a přilepí se na něj.

Křížení jednotlivých vláken bavlněného flanelu
Zdroj: E.P. Vicenzi/Smithsonian's Museum Conservation Institute and NIST


Na tomto obrázku jsou jednotlivá vlákna ve flanelu z bavlny. Když člověk dýchá přes roušku, vzduch proudí kolem těchto vláken a aerosoly s ním. Aerosoly mohou být velmi malé, ale mají hmotnost. Jak se vzduch ohýbá a kroutí kolem vláken, některé aerosoly se nemohou dostatečně rychle prosmyknou kolem a buď se o ně rozbijí nebo se k nim přilepí.

Je to past!

Chris Zangmeister, který se na studii podílel, to přirovnává ke scéně z filmu Star Wars: Impérium vrací úder, v níž imperiální stíhačky pronásledují loď Millenium Falcon polem asteroidů. Menší lodě v něm dokázaly manévrovat dostatečně rychle, ale obří hvězdný destruktor to nezvládl. 

Při pohledu zblízka mají bavlněná vlákna záhyby a ohyby. A to opět zvětšuje plochu, na níž se aerosoly mohou zachytit. Bavlněná vlákna jsou navíc hydrofilní, což znamená, že mají rády vodu. Absorbováním malého množství vody v dechu člověka vytvářejí uvnitř tkaniny vlhké prostředí. Jak mikroskopické částice procházejí skrz, absorbují část této vlhkosti a zvětšují se. A to zvyšuje pravděpodobnost, že se dostanou do pasti.

Provázané svazky polyesterových vláken
Zdroj: E.P. Vicenzi/Smithsonian's Museum Conservation Institute and NIST


Tento pohled shora dolů na polyester ukazuje, jak jsou vlákna v tomto typu tkaniny pevně propletená. Tento obrázek ukazuje stejný typ látky, z něhož se vyrábí třeba trička na cvičení. Využívají se mimo jiné proto, že velmi rychle schnou. Jejich vlákna jsou totiž hydrofobní, což znamená, že nemají ráda vodu a odpuzují ji. Na rozdíl od bavlny se polyesterové tkaniny nestávají lepšími filtry, když jsou vystaveny vlhkosti při vydechování.

Polyesterová vlákna
Zdroj: E.P. Vicenzi/Smithsonian's Museum Conservation Institute and NIST


Polyesterová vlákna se vyrábějí procesem zvaným vytlačování, při němž se tekutý polymer protlačuje otvorem – podobně, jako se vyrábí třeba špagety. Vypadá to sice krásně, jenže v případě ochrany proti virům to je nevýhoda: vlákna mají v příčném průřezu vždy stejný profil a v tomto případě i hladký povrch s menší plochou než vlákna bavlníková.

Umělé hedvábí je napůl cesty

Umělé hedvábí: vlevo křížení vláken, vpravo svazek vláken
Zdroj: E.P. Vicenzi/Smithsonian's Museum Conservation Institute and NIST


Některé látky se hůře zařazují. Umělé hedvábí neboli rayon se sice považuje za syntetickou látku, ale získává se z rostlin. Pro jeho vytvoření výrobci ošetřují rostlinný materiál, například bambus, chemikáliemi. Tím se uvolní rostlinné vlákno zvané celulóza, které se pak přemění na měkký materiál a vytlačí se do umělých vláken. Výsledkem je hybridní materiál. Vlákna jsou hydrofilní, podobně jako mnoho přírodních materiálů, ale mají konzistentní tvar průřezu, jako mnoho hmot syntetických. Přesto jsou bavlněné tkaniny mnohem lepší filtry než umělé hedvábí.

Sofistikovaný respirátor

Vlákna respirátoru N95
Zdroj: E.P. Vicenzi/Smithsonian's Museum Conservation Institute and NIST


Zatímco pro látkové roušky, které používá široká veřejnost, je nejlepší bavlna, u těch lékařských je situace úplně jiná. Tento falešně barevný obrázek ukazuje průřez jedné vrstvy respirátoru typu N95 (americká obdoba FFP2) včetně filtračního materiálu, který je zobrazen fialově.

Takto vrstvená struktura poskytuje lepší ochranu než běžné roušky. Filtrační materiál pro respirátory se vyrábí roztavením a následným vyfukováním polypropylenu do sítě s chaotickým tvarem. Vlákna jsou sice mnohem menší, ale jsou hustěji u sebe, a mají tak mnohem větší plochu než vlákna u bavlněné roušky – jde proto o zvlášť účinný filtrační materiál.

Výběr redakce

Aktuálně z rubriky Věda

Írán odpojil internet v panice, Starlink rušit nedokáže

Teherán odpojil internet během protestů v panice a o přístup k síti přišlo dočasně i ministerstvo zahraničí. Píše to list Financial Times s odkazem na experty. Odříznutí Íránci se navzdory hrozbě represí pokoušejí komunikovat se světem přes Starlink. Íránské úřady se marně snaží rušit signál, a tak zabavují lidem antény.
před 8 hhodinami

Cítí se opuštěni elitami, sjednoceni hněvem. Co lidi spojuje v krizích, ukázal český výzkum

Co mají společného spory o roušky během covidu a hádky o pomoc Ukrajině v diskuzích na facebooku? Výzkum českých vědkyň ukazuje, že lidé v časech krize sdílejí opakující se příběhy na základě modelu „my dole“ proti „těm nahoře“. Může to na sociálních sítích posílit sounáležitost mezi lidmi, ale současně takové chování rozděluje společnost ještě víc a vytváří pocity nedůvěry vůči elitám, hlavně těm politickým a mediálním.
před 9 hhodinami

Jaký bude rok 2026? Velká předpověď naznačuje vysoké teploty

Letošní rok by se mohl zařadit k těm dosud nejteplejším. Naznačují to predikce na základě analýzy historických dat a sledování dlouhodobého vývoje. Důležitou roli mají mít jevy El Niňo a La Niňa. Dosud nejteplejší byl rok 2024, ten loňský se stal třetím nejteplejším od počátku pozorování.
před 13 hhodinami

Mikroplastů je tolik, že kontaminují výzkumy o množství mikroplastů

Mikroplastů je už na Zemi tolik, že se nedá pořádně říct, jak moc jich je – tak se dají shrnout výsledky několika studií, které vyšly v poslední době. Na základě důkladných analýz jejich autoři zpochybňují předchozí výzkumy, které popisovaly, kolik mikroplastů (a nanoplastů) se nachází v lidských tkáních.
před 14 hhodinami

Komunisté před 55 lety normalizovali poměry. Pomocí lží i vražd

Zpátky k normálu – to byl cíl komunistů po srpnové okupaci v roce 1968. Rozjitřená společnost, která doufala ve změnu, se měla vrátit do doby před obrodným procesem (pražským jarem), takzvaně se normalizovat. Komunisté ale potřebovali vysvětlit a před lidmi obhájit vojenskou invazi z 21. srpna 1968. Posloužit k tomu měl oficiální dokument, který vyšel před 55 lety, byl plný lží a invazi nazýval „bratrskou pomocí“. Vtloukat do hlavy si ho měly i děti ve školách.
před 17 hhodinami

Umělá inteligence zabíjí tu dětskou, varuje výzkum

V této fázi vývoje převažují rizika využívání generativní umělé inteligence (AI) ve vzdělávání nad výhodami, říkají američtí autoři studie Centra pro univerzální vzdělávání Brookings Institution. Takzvaní chatboti dětem pomáhají s referáty, úkoly a učením, současně jim toho ale podle průzkumu až příliš mnoho berou.
15. 1. 2026

Švýcarská nemocnice vyrábí metry umělé kůže pro popálené při požáru

Po požáru ve švýcarském zimním středisku Crans-Montana, kde při silvestrovských oslavách zahynulo čtyřicet lidí, 116 utrpělo zranění a desítky jsou stále hospitalizovány, pracuje laboratoř na výrobu kůže v centru buněčné produkce Univerzitní nemocnice kantonu Vaud na plné obrátky. Pokouší se pomoci zachránit pacienty s rozsáhlými popáleninami. Speciální zařízení v obci Epalinges nedaleko Lausanne je totiž jediné svého druhu v Evropě.
15. 1. 2026

Pouštní národy lovily žraloky už v době kamenné, ukázal český výzkum

Pravěcí obyvatelé jihu Arábie se už před zhruba sedmi tisíci lety ve velké míře živili mořskými zdroji a troufli si i na tak velkou kořist, jako byli žraloci, vyplývá z výzkumu týmu Archeologického ústavu Akademie věd ČR (AV ČR). Ten v Ománu objevil nejstarší megalitický kolektivní hrob v jižní Arábii.
15. 1. 2026
Načítání...