Маска для лица на основе: Корейские маски для лица — купить в интернет магазине «Золотое яблоко»

9 простых домашних масок для лица

Что важно помнить

• Раскрытые поры куда охотнее поддадутся очищению, поэтому предварительно распарьте кожу. Можно использовать самодельную паровую ванночку или положить на лицо горячее полотенце. Если же сделать это нет возможности, нужно просто тщательно умыться.
• Удобнее всего наносить маску мягкой кисточкой: так вы справитесь всего за несколько секунд и не запачкаете руки.
• Для йогуртовых масок берите продукт средней жирности — от 2,7 до 4,5% — и, конечно же, без вкусовых добавок.
• Даже самый продуманный домашний уход должен быть в меру: слишком частое использование масок даст обратный эффект. Чтобы не думать потом, как избавиться от шелушений, раздражений и высыпаний, делайте маску не чаще раза в неделю.

Маски для жирной кожи лица

1. Маска на основе авокадо и яйца

svehlik/Depositphotos.com

Смесь из авокадо, яичного белка и лимонного сока поможет контролировать естественную жирность кожи.

Что понадобится

• ½ авокадо;
• сок четверти лимона;
• 1 яйцо.

Как делать маску

Разомните очищенный авокадо вилкой и размешайте с яичным белком и лимонным соком до состояния однородной пасты. Равномерно нанесите маску на лицо, избегая области вокруг глаз. Дождитесь, пока масса высохнет, и смойте.

2. Маска на основе авокадо и кефира

Kazmulka/Depositphotos.com

Эта маска уменьшит жирный блеск, а после применения вы заметите отбеливающий эффект.

Что понадобится

• ¼ авокадо;
• 2 столовые ложки кефира или простокваши.

Как делать маску

Разомните очищенный авокадо вилкой и смешайте с кефиром или простоквашей до состояния однородной пасты. Равномерно нанесите маску на лицо, избегая области вокруг глаз. Смойте маску после того, как она высохнет.

Маски для сухой кожи лица

1. Маска на основе авокадо, йогурта и оливкового масла

svehlik/Depositphotos.com

Йогурт — хорошее противовоспалительное средство. К тому же он избавляет от загрязнений, вбирая в себя излишки сала, и разглаживает свойственные сухой коже мелкие морщинки.

Что понадобится

• ½ авокадо;
• 1 чайная ложка йогурта;
• ½ чайной ложки оливкового масла.

Как делать маску

Разомните очищенный авокадо вилкой и смешайте с остальными ингредиентами до состояния однородной пасты. Равномерно нанесите маску на лицо, избегая области вокруг глаз. Дождитесь, пока маска высохнет, и удалите её влажным полотенцем.

2. Маска на основе банана, йогурта и мёда

nvsheng123.com

Одна из самых универсальных масок. Банан хорошо увлажняет, йогурт действует как противовоспалительное средство, а мёд — как антисептическое.

Что понадобится

• ½ банана;
• 2 столовые ложки йогурта;
• ½ чайной ложки мёда.

Как делать маску

Разомните половинку банана вилкой и смешайте с остальными ингредиентами до однородности. Равномерно нанесите маску на лицо, избегая области вокруг глаз, и смойте через 20 минут.

3. Маска от сухости и отёков на основе йогурта и огурца

okkijan/Depositphotos.com

Сок огурца обладает увлажняющим, заживляющим и успокаивающим свойствами, а также отлично борется с отёками.

Что понадобится

• ½ огурца;
• 2 столовые ложки йогурта.

Как делать маску

Мелко порежьте огурец, а ещё лучше — размельчите блендером. Хорошо размешайте с йогуртом и равномерно нанесите маску на лицо, избегая области вокруг глаз. Оставьте на 15 минут. Затем смойте.

Маски для лица для борьбы с акне

1. Медово-коричная маска

okkijan/Depositphotos.com

Корица усиливает циркуляцию крови и борется с прыщами, а мёд успокаивает и оказывает антисептический эффект.

Что понадобится

• 1 столовая ложка корицы;
• 2 столовые ложки мёда.

Как делать маску

Тщательно перемешайте корицу и мёд, равномерно нанесите на лицо, избегая области вокруг глаз. Оставьте на 15 минут и смойте.

2. Восстанавливающая маска на основе куркумы

Kazmulka/Depositphotos.com

Эта замечательная смесь помогает бороться с прыщами, делает кожные дефекты после угревой сыпи менее заметными, осветляет пигментные пятна и придаёт лицу сияние.

Что понадобится

• 2 столовые ложки куркумы;
• 1 столовая ложка рисовой или нутовой муки;
• 1 столовая ложка йогурта;
• ½ чайной ложки мёда.

Как делать маску

Соедините все ингредиенты и хорошенько перетрите. Можно добавить в мисочку немного лимонного сока, чтобы добиться осветляющего эффекта. Только будьте осторожны: использовать лимон нужно в меру, чтобы не вызвать воспаления и не пересушить кожу. Равномерно нанесите маску на лицо, избегая области вокруг глаз, и смойте через 20 минут.

3. Маска на основе овсянки и кокосового масла

Kazmulka/Depositphotos.com

Овсянка успокоит повреждённую кожу, а кокосовое масло как следует увлажнит её. Однако стоит помнить, что вторая составляющая подходит не каждому типу эпидермиса и может привести к ещё более сильным высыпаниям. Масло очень комедогенно, поэтому перед применением проверьте на небольшом участке лица или локтевом сгибе, не возникают ли какие-то необычные реакции. Если всё в порядке, приступайте к процедуре.

Кокосовое масло вполне можно заменить на четвертинку авокадо: эффект будет схожий.

Что понадобится

• 3 столовые ложки овсянки;
• 50 мл воды;
• 1 столовая ложка кокосового масла.

Как делать маску

Овсянку заварите в тёплой воде и добавьте кокосовое масло. Всё тщательно смешайте и нанесите на лицо, избегая области вокруг глаз. Держите 15 минут, затем смойте. Кстати, очень полезно немного подержать маску ещё и на руках.

4. Маска на основе авокадо и мёда

bezumo.ru

Мёд и авокадо обладают увлажняющим эффектом и хорошо успокаивают воспалённую кожу. Кроме того, мёд работает как природный антисептик, а авокадо содержит витамины А и Е и полезные жиры.

Что понадобится

• ¼ авокадо;
• 1 столовая ложка мёда.

Как делать маску

Авокадо разотрите в пюре. Добавьте мёд и хорошо перемешайте. Равномерно нанесите маску на лицо, избегая области вокруг глаз, и смойте через 15 минут.

Бонус: универсальный кофейный скраб

magdalena.paluchowska/Depositphotos.com

Домашний скраб поможет избавиться от отмерших клеток и улучшить цвет лица. Если кокосовое масло не подходит вашему типу кожи, просто замените его натуральным йогуртом.

Что понадобится

• 1 столовая ложка молотого кофе;
• 1 столовая ложка кокосового масла.

Как делать маску

Размешайте кофе с кокосовым маслом до состояния однородной пасты. Если кожа не очень сухая, в смесь можно добавить немного лимонного сока. Равномерно распределите скраб на лице, избегая области вокруг глаз, и помассируйте кожу (но не перестарайтесь). Оставьте на 20 минут, после чего смойте водой или удалите влажным полотенцем.

Читайте также 👄👧👡

SunSmile Yougurt Маска для лица на йогуртовой основе c земляникой, 1 шт — «Japonica»

Привет! Это матирующая тканевая маска для лица на йогуртовой основе от японского бренда SunSmile .

Она выручит тебя, если:
1. Ты хочешь избавиться от жирного блеска или пигментных пятен.
2. Ты хочешь увлажнить сухую кожу лица.
3. Ты хочешь, чтобы кожа дольше оставалась молодой и упругой.

Маска содержит множество полезных ингредиентов для заботы о коже:
• Йогурт увлажняет, предотвращает обезвоживание кожи, оказывает мягкий отшелушивающий эффект.
• Экстракт земляники чилийской очищает, сужает поры, борется с угревой сыпью и воспалениями.
• Гиалуроновая кислота создает «водную мантию» на коже, увлажняет и разглаживает морщины.
• Гидролизованный коллаген проникает глубоко в кожу и разглаживает ее, борясь с морщинами.
• Арбутин блокирует синтез меланина в клетках, уменьшает пигментацию и выравнивает тон кожи.

Рекомендуем: для нормальной или жирной кожи в любое время года.

Как применять маску? 1. Очисти кожу с помощью любимого средства. 2. Расправь маску, наложи на лицо и разгладь руками. 3. Оставь маску на коже на 15-20 минут и подумай о хорошем  4. Не смывай остатки сыворотки на лице, а просто распредели её по коже равномерными похлопывающими движениями. Для лучшего эффекта применяй маску 3-4 раза в неделю – кожи лица всегда будет на высоте. Как хранить? Не стоит держать маску в доступном для детей месте и хранить открытую упаковку под воздействием прямых солнечных лучей. Меры предосторожности: аллергические реакции возможны только в случае индивидуальной непереносимости отдельных компонентов. При покраснении, зуде, раздражении, прекрати применение продукта и проконсультируйся со специалистом. Не наноси её при открытых ранах. В целях гигиены следует используй маску только один раз.

Вода, глицерин, PEG/PPG-17/ 6 сополимер, полипептиды сои, гамамелис, йогурт, экстракт земляники чилийской, цетил этилгексаноат, глицирризиновая кислота 2K, ксантановая камедь, экстракт портулака, гиалуронат натрия, арбутин, эритритол, PEG-14M, EDTA-2Na, метилпарабен, PEG-40 гидрогенизированное касторовое масло, PEG-60 гидрогенизированное касторовое масло, аллантоин, феноксиэтанол, ароматизатор, токоферола ацетат (витамин Е).

Омолаживающая маска для лица на нетканой основе с коллагеном Clear Turn, Kose Cosmeport, 30 шт.

Подтягивающие маски для лица от Kose Cosmeport — содержат коллаген и аминокислоты для более молодо выглядящей кожи, увлажняют и подтягивают.
В составе этих омолаживающих масок для лица коллаген, аминокислоты, экстракт морских водорослей. Такой состав обеспечивает омолаживающий эффект — подтягивает овал лица, разглаживает морщины.

Маска обладает стимулирующими свойствами, восстанавливает упругость и эластичность кожи. Придает коже увлажненность и блеск.

Маска хорошо пропитана концентрированной косметической эссенцией, но при применении не течет и удобна в использовании. Маска сделана из трехслойного нетканого полотна лиоцела – это натуральное волокно из древесины эвкалипта. Ткань не оказывает раздражающего действия на кожу, хорошо отдает состав коже, плотно прилегает.

Компоненты маски:
— морской коллаген — белок из аминокислот, который необходим для поддержания молодости кожи. Отвечает за упругость, прочность и эластичность тканей, гладкость и увлажнение кожи, за обновление клеток. Морской коллаген, выделяемый из кожи рыб, обладает высокой проникающей способностью.
— аминокислоты — повышают тонус кожи, нормализуют водный баланс, активизируют обменные процессы. Оказывают регенерирующий и фотозащитный эффект.
— экстракт бурых водорослей — источник органических кислот, витаминов и минералов. Активизирует обменные и регенерирующие процессы, увлажняет, питает, устраняет признаки старения кожи.

— глубинная морская вода содержит минеральные соли и микроэлементы. Легко проникает сквозь мембрану клетки, улучшает влагонасыщение и питание. Способствует восстановлению кожных покровов.

Без ароматизаторов, красителей, спирта и минерального масла.

Способ применения: достаньте маску из упаковки, расправьте и наложите на предварительно очищенное лицо. Оставьте маску на лице на 5 минут. После уберите, а остатки косметической эссенции легко в массируйте в поверхность кожи лица кончиками пальцев.

Состав: глубинная морская вода, BG, глицерин, DPG, PEG-8, экстракт бурых водорослей, водорастворимый морской коллаген, аминокислоты, изостеарат-PEG-50, гидрогенизированное касторовое масло, лимонная кислота, цитрат натрия, триэтилгексаноин, изобутилпарабен, пропилпарабен, метилпарабен.

Меры предосторожности:
Если вы извлекли маску из упаковки, то сразу используйте ее.

После загара используйте маску только если покраснение и жжение кожи прошли.
Не используйте дольше указанного времени, не ложитесь спать в маске.
Ткань маски не растворяется в воде, поэтому не выбрасывайте её в унитаз.
Не храните под солнечными лучами или в местах с высокой температурой.
Не используйте, если на коже имеются раны, нарывы, экзема и иные проблемы. Если во время применения возникают покраснения, зуд, раздражения и т.п., то прекратите использование и обратитесь к дерматологу.
При попадании косметической эссенции в глаза промойте их.

Очищающая пузырьковая кислородная маска для лица на основе глины

Если надо эффективно и быстро очистить кожу, используйте этот необычный продукт! В маске сочетаются кислородные пузырьки, которые образуют пузырящуюся пенку, и суперполезная глина. Очищение кожи превратится в приятный и даже захватывающий еженедельный ритуал! Пузырящаяся кислородная маска Minabao подойдет для очищения всех типов кожи.

Средство дает многогранный эффект, который позволяет лицу выглядеть сияющим. Оно:

• Глубоко очищает поры. При этом дает пузырящуюся пенку, которая позволяет загрязнениям как бы подняться от поверхности кожи по пузырькам. Это способствует лучшему очищению. Пузырьки дают психологический эффект аттракциона. Очищающую маску хочется использовать снова. Да и результат заметен буквально сразу!
• Не пересушивает. При этом хорошо убирает излишки кожного сала и накопившиеся загрязнения.
• Заживляет и снимает воспаления. А еще позволяет бороться с высыпаниями. За это отвечает такой полезный компонент, как пудра зеленого чая матча.
• Укрепляет сосудистые стенки. Это делает капилляры более сильными и позволяет им противостоять ломкости. По тканям проходит больше крови с кислородом, они лучше дышат.
• Смягчает и питает. Это дополнительное свойство, которое обеспечивается за счет вытяжки из гранатовых зерен.

Важную роль в работе маски играет древесный уголь, обладающий мощными абсорбирующими свойствами. После распределения по коже средство начинает формировать пузырьки. В действие вступает каолиновая глина, которая работает с роговым слоем эпидермиса. Она убирает отмершие чешуйки кожи, успокаивает воспаленные участки, заживляет ранки и способствует регенерации тканей. Также глина запускает внутренний процесс коллагенового синтеза. А внешне кожа выглядит чистой и гладенькой.

Помимо очищения от загрязнений, пузырьки способствуют проникновению полезных веществ в кожу через поры. Средство питает, сразу после нанесения оно начинает пощипывать. Но не пересушивает и не вызывает неприятных ощущений. Через несколько минут пена становится серой и густой, как бы желеобразной. Она не растекается, дает приятный аромат. Лучше наносить продукт на влажную кожу.

Кислородная маска Minabao поставляется в емкости 100 мл. Ее рекомендуется использовать 1-2 раза в неделю. Средства хватит на 20-25 применений, то есть на 3-6 месяцев. При скромной цене и заметном эффекте это более чем приятно.

виды, эффективность, принципы использования и рекомендации

Каким бы тщательным не был основной уход за лицом, без дополнительной помощи не обойтись. А что подразумевается под дополнительной помощью для нашей кожи?  Правильно – это маска для лица, которая могут решить косметические проблемы и даже оказать лечебное действие. К тому же, современные косметические маски способны творить чудеса. Но ее нужно правильно подобрать и использовать, дабы не навредить. Поэтому мы раскроем главные принципы масочного ухода.

1. Почему необходимо регулярно делать маски для лица?

2. Косметические маски для лица: классификация

3. Учитываем предназначение масок для лица

4. Частота использования масок для лица

5. Какие маски для лица эффективны утром, а какие вечером?

6. Основные принципы нанесения маски для лица

7. Совмещаются ли маски для лица между собой и можно ли делать сразу несколько?

8. Можно ли совмещать маску для лица и скраб?

Почему необходимо регулярно делать маски для лица?

 Маски для лица ассоциируются с фруктово-овощным миксом (что был в холодильнике) или глиняным покрытием. Ведь маска нужна для насыщения кожи витаминами и полезными минералами, да и сделать ее можно дома самостоятельно. Да, верно! Но недавно в мир косметологии пришел настоящий бум из Южной Кореи. Сейчас корейская косметика пользуется очень большой популярностью. Не уступают по качеству и востребованностью товары от японских собратьев. Но главное азиатское достояние – маски для лица.

 Это эффективное средство быстрого действия для оздоровления и питания кожи. Делать маски должна каждая женщина, которая хочет сохранить молодость и красоту. И вот почему стоит регулярно делать эту приятную процедуру:

  1. Косметические маски промышленного производства содержат комплекс активных компонентов высокой концентрации, которых нет в домашних продуктах. И эти элементы активнее работают и глубже проникают в слои дермы.

  2. Это спасение от любых косметических проблем. В зависимости от вида маски способны уменьшить высыпания, излишнюю жирность или сухость кожи; стать профилактикой признаков старения или разгладить мелкие морщины; выровнять цвет лица и устранить пигментные пятна. 

  3. Маска интенсивно питает и увлажняет слои дермы. Нет, о водном режиме не забываем – дефицит воды в организме приводит к сухости и шелушению кожи.

  4. Очищает поры и дерму от загрязнений, жира, бактерий и даже вредных веществ. При этом нормализуется рН-баланс и правильная микрофлора кожи.

Помогает восстановить дерму и защитить от внешних негативных факторов.

  5. Это средство экспресс-ухода, когда нужно быстро привести кожу в порядок – перед важным мероприятием или, наоборот, после тяжелых рабочих будней. Она даст свежесть и отдохнувший вид уже после первого использования.

Но маски имеют накопительный характер. Если их делать на постоянной основе и регулярно, то состояние кожи будет значительно лучше. Но при перенасыщении будет обратный эффект.

Косметические маски для лица: классификация

• Начнем с несмываемых цельных или раздельных масок для лица, которые бывают для любого типа кожи:

• Тканевые маски просты в использовании, очень популярны и моментально приводят кожу в порядок. А все за счет максимального количества активных компонентов, которыми пропитана салфетка.

• Гидрогелевые – это более серьезных вариант из гидрогеля для максимального увлажнения и глубокого питания нижних слоев дермы, что крайне необходимо уставшей и увядающей коже.

• Смываемые маски:

• Кремовые, что поддерживают липидный слой кожи и защищают ее. Идеальны для сухой и чувствительной кожи, особенно в холодное время.

• Сухие порошковые маски подходят всем, позволяют самостоятельно создавать композиции вместе с эфирными маслами или любимым тоником.

• Маски-пленки – отличное средство для очищения и отшелушивания кожи. Если у вас сухая или чувствительная кожа, такие маски лучше исключить.

• Коллагеновые маски подходят для зрелой, увядающей и жирной кожи.

• Пузырьковые забавные маски подходят всем. Главная их фишка – насыщение клеток кислородом, чтобы те активнее вырабатывали коллаген. Они также избавляют от излишков кожного жира и прыщей, но не сушат дерму.

• Альгинатные маски – это маст хэв в мире косметологии! Они универсальны, отлично подтягивают, снимают отеки, выравнивают тон и даже выводят токсины. Но лучше их использовать для зрелой, обезвоженной и увядающей кожи.

• Маски с частицами золота – это целый комплекс полезных характеристик в одном средстве. Поэтому заслуживают отдельного внимания. Они насыщают витаминами дерму, удерживают влагу внутри клеток, подтягивают кожу и выравнивают тон лица. И выступают отличным продуктом для борьбы с морщинами. Но не используются до 30 лет!

Учитываем предназначение масок для лица

  1. Увлажняющие маски для лица нужны всем без исключения. В составе используется гиалуроновая и молочная кислота, экстракты растений. Они наполняют дерму влагой.

  2. Питательные маски насыщают витаминами, аминокислотами и минералами. В составе чаще встречаются продукты пчеловодства и растительные компоненты. Девушки с жирной кожей должны их использовать с осторожностью.

  3. Тонизирующие – делают кожу сияющей, бархатистой и отдохнувшей. В составе встречается экстракт лимона или другого цитруса, риса и черной икры (она также хорошо известна, как омолаживающий компонент).

  4. Очищающие – удаляют ороговевшие клетки и очищают поры. В составе преобладает целебная грязь, глина или древесный уголь.

  5. Успокаивающие маски идеальны для чувствительной кожи. Они защищают и восстанавливают дерму после ультрафиолета или других негативных внешних факторов. В составе присутствуют такие компоненты, как ромашка, зеленый чай или алоэ вера. 

  6. Отбеливающие маски выравнивают тон лица и уменьшают пигментные пятна. В составе есть ретинол, витамины С и Е. Не желательно использовать для сухой, чувствительной дермы или при наличии высыпаний.

  7. Омолаживающие маски только для увядающей, зрелой кожи после 30-35. В составе есть коллаген, плацента, наночастицы полезных минералов и экстракты животного происхождения (например, змеиный или пчелиный яд) для повышения упругости кожи и профилактики/разглаживания морщин.

Частота использования масок для лица

Тканевая маска для лица может использоваться ежедневно, с остальными же частить не стоит. Особенно не увлекайтесь масками-пленками, коллагеновыми и альгинатными продуктами – достаточно 1 раза в неделю. Последний продукт может использоваться при необходимости максимум 2 раза, если этого требует курс.

• Для нормальной кожи: регулярное увлажнение 2 раза в неделю.
• Для сухой: интенсивное увлажнение до 2 раз или питание до 3 раз в 7 дней. Можно чередовать процедуры – 1 раз увлажнение, 2 раза питание.
• Жирная кожа: очищающие и подсушивающие маски до 3 раз в 6-7 дней.
• Зрелая кожа: омолаживающие маски раз в 3-5 дней (чем суше кожа, тем чаще процедура и больше увлажнения).
• Чувствительная кожа: успокаивающие маски до 2 раз в неделю с эффектом увлажнения.
• Комбинированная: на каждом участке используется определенное средство в зависимости от типа кожи.

Важно: Учитывайте индивидуальную потребность и рекомендации производителя. И не забывайте о предварительной тестовой проверке на аллергию.

Учитывайте возраст:

• Девушкам до 25 лет маски нужно делать не чаще 2 раз в неделю. Т.к. молодая кожа быстро сама восстанавливается. В этом возрасте часто проблемой бывает жирность кожи и высыпания, поэтому пользуйтесь антисептическим и очищающим маскам.

• До 30 лет переключитесь на питательные и увлажняющие маски – до 3 раз в неделю. Но не используйте омолаживающую косметику – иначе замедлится естественная регенерация клеток.

• После 30 маски нужно делать раз в 2-3 дня, но курсами, до достижения желаемого эффекта. Особенно хороши препараты с гиалуроновой кислотой, муцином улитки, алоэ вера или экстрактом морских водорослей. Раз в неделю делайте отшелушивающие маски.

• После 40 падает уровень коллагена и эластина в организме, поэтому дерме нужно больше питательных элементов. Маски рекомендовано делать каждый 2 дня. Но также курсами, периодически коже необходимо давать «отдыхать».

Основные принципы нанесения маски для лица

• Наносить маску можно только на тщательно очищенную кожу.

• Кореянки отмечают, чтобы усилить проникновение компонентов – используйте после очищения лосьон или тоник. А перед альгинатной маской нанесите сыворотку.

• Идти нужно по массажным линиям, двигаясь от подбородка вверх.

• Волосы уберите и прикройте повязкой, с них смыть/удалить маску сложнее.

• Маска для лица не применяется для кожи вокруг глаз и губ!

• Пальцами работать можно, но удобнее все же кисточкой. Кремовые или гелевые маски наносите кисточкой с плотным синтетическим ворсом, альгинатные – деревянным шпателем. А вот силиконовая кисть универсальна, она не впитывает частицы маски, легко моется и экономно расходует средства.

• Не держите маску дольше положенного времени. Среднее время воздействия – 15-30 минут.

• В это время лучше отдохнуть – маски эффективнее работают в состоянии покоя.

• Смывайте теплой (лучше кипяченой) водой, для удобства используйте спонж. Кстати, кореянки обожают натуральный спонж конняку, которым удобно смывать маски или же просто им умываться.

• При этом исключите средства для умывания – они смоют все полезные частицы маски на поверхности.

• После тканевых или гидрогелевых масок умываться не нужно – лучше «вбить» остатки эмульсии в кожу.

• Закрепите результат кремом или гелем, чтобы «запечатать» влагу и полезные элементы.

Какие маски для лица эффективны утром, а какие вечером?

Корейские женщины уверены, что маски делать нужно не только вечером. Они часто пользуются тканевыми масками для лица в утреннее время. Так они насыщают дерму влагой, что позволяет коже сиять весь день. Поэтому утром вместо крема или геля нанесите увлажняющая маску – она быстро впитывается и не оставляет липкости. Выбирайте средство с алоэ, муцином улитки или гиалуроновой кислотой.

Вечером же займитесь очищением и питанием. Кореянки обожают ночные маски, ведь ночью, во время отдыха, кожа сама обновляется и активнее поглощает питательные элементы. Но делать такую маску можно 1 раз в неделю (для увядающей кожи допустимо 2 раза). После вечерней маски закрепите результат легким кремом или эмульсией. Но не перегружайте лицо масками и кремами с активными компонентами!

Можно ли совмещать маску для лица и скраб?

 Казалось бы, простой вопрос, и многие девушки привыкли делать маску для лица только на тщательно очищенную кожу. Т.е. после умывания и скрабирования. Но не все знают об этой схеме, да и есть небольшие коварные нюансы.

  1. Запомните – скраб нужно делать до маски, иначе можно повредить дерму! Да и эффект от маски в обратном порядке падает.

  2. Скраб сушит кожу. Хотя пилинг действует мягче, но кожа после механического очищения нуждается в увлажнении, питании или в успокаивающих средствах (в зависимости от типа кожи).

  3. Не используйте после скраба подсушивающие и очищающие маски – кожа будет пересушена.

  4. То же правило касается масок-пленок. Между двумя этими процедурами должна пройти как минимум неделя!

Совмещаются ли маски для лица между собой и можно ли делать сразу несколько?

Повторимся, что маски имеют накопительный характер, особенно это касается альгинатной маски. Т.е. для здоровья кожи не стоит делать ее каждый день, но нужно пройти курс. В среднем это 10 дней (не подряд). После дерма должна отдохнуть, но состояние ее от этого не ухудшится. Поэтому нет смысла перегружать кожу активными компонентами за один раз. Но не возбраняется усилить результат от одной маски другой. 

• Применять несколько масок можно в случае, если имеется несколько косметических проблем или хотите получить суперэффект.

• Лучше наносить вторую маску (увлажняющую или питательную) после очищающей (например, маски-пленки для чистки пор).

• Не используйте больше 2 масок за один раз.

• Тканевая маска для лица сочетается со всеми видами и может использоваться одновременно с ними. Она накладывается сверху, сразу же на слой первой маски. Пленочные и альгинатные маски не входят в этот критерий.

• Маску-пленку с подсушивающими масками не стоит использовать – кожа будет пересушена. То же самое касается осветляющих масок и продуктов с частицами золота – они сами по себе подсушивают дерму.

И стоит вспомнить слова японского косметолога Чизу Саеки: «Чрезмерный уход хуже его отсутствия!». Поэтому не стоит «перекармливать» кожу часто, лучше все же маски чередовать по дням недели.

Балуйте свою кожу регулярно масками, но не переусердствуйте!

Маски для лица на нетканой основе — эффективное средство ухода за кожей лица

Большинство женщин часто задумываются о поиске эффективных средств ухода за лицом, которые позволят как можно дольше сохранить здоровье и красоту кожи. Одним из таких средств является маска для лица, которая состоит из нетканого материала, пропитанного раствором, в состав которого входят разнообразные активные вещества. Такие маски еще иногда называют тканевые маски, хотя это не совсем верно.

Способна ли маска заменить привычные для тебя косметические средства: крем, тоник, молочко и др.? Скорее всего, нет. Она решает иную задачу: оказать на кожу такое воздействие, которое не могут другие косметические средства. Например, функция крема – поддержание общего баланса кожи.

Дневные кремы должны защищать и увлажнять кожу. Ночные – питать и восстанавливать клетки. Но нужно понимать, что крем имеет ограничения эффективности, вызванные масштабностью его действия, так как ему не хватает точечного воздействия на конкретные проблемы. Перед кремом, помимо его полезного воздействия на кожу, стоит немало второстепенных задач, призванных дать нам возможность носить его на лице целый день: хорошо впитываться и не создавать на лице жирный блеск, не сушить и не стягивать кожу, быть хорошей основой для макияжа. Естественно, что эти задачи всего лишь обеспечивают комфортное ношение крема и существенной пользы коже не приносят. По этой причине крем имеет более низкую эффективность, чем маска.

Маска – это, прежде всего, конкретизированное интенсивное глубокое воздействие на слои кожи.

Маска решает ряд конкретных задач, например: улучшает цвет лица; осуществляет лифтинг овала лица; уменьшает глубину морщин; повышает тургор и эластичность кожи; стимулирует кровообращение и регенерацию клеток; интенсивно увлажняет, питает и тонизирует кожу и т.д.

В маске используются только нужные компоненты, призванные максимально достичь заявленного эффекта. Маски – это «узкие специалисты» по решению конкретных проблем. Сочетая разные их варианты 1-2 раза в неделю, можно существенно замедлить старение кожи, улучшить внешний вид и здоровье кожи лица. Следовательно, маска эффективнее многих других средств работает по всей глубине кожи.

Почему стоит пользоваться маской для лица на нетканой основе?

• Удобство использования. Маску на нетканой основе не нужно готовить, она имеет необходимую дозировку активных веществ и легко наносится.
• Возможность создать свой персональный курс. Ты сможешь заранее спланировать последовательность применения масок, чтобы каждый раз наносить новую.
• Уникальный состав тканевых масок. Они имеют богатый перечень активных компонентов и полезных веществ. При этом при производстве масок используется надлежащий порядок добавки ингредиентов, подогрева и охлаждения раствора в специальных аппаратах. Весь процесс проходит под контролем целой группы технических специалистов. Поэтому маску, приготовленную самостоятельно в домашних условиях, вряд ли можно считать действительно эффективной.
• Маска на нетканой основе не требует смывания и последующего нанесения крема. Многие маски необходимо дополнительно смывать, чтобы избавиться от излишков продукта и очистить лицо от жирных масел, глины или экстрактов. Используя эту маску, тебе не нужно будет тратить время на ее удаление.
• Маски на нетканой основе изготавливаются из специального материала, не вызывающего аллергических реакций.

 

Таким образом, маска – это очень полезное и эффективное косметическое средство, которое позволит продлить молодость твоей кожи!

 

Перейди в каталог

и узнай больше о масках для лица Лаборатория СЕЛФИ

Маски для лица из оливкового масла

Как делать маски для лица из оливкового масла?

При уходе за кожей лица многие готовы покупать всевозможные кремы и лосьоны чуть ли не десятками различных упаковок. Однако можно обойтись без них, всего лишь используя… да, все верно: испанское оливковое масло! Этот натуральный продукт содержит в своем составе витамины A, E и D, минералы, антиоксиданты, олиеновую, линолевую, стеариновую и другие омега-кислоты, которые все вместе обеспечивают коже необходимую подпитку, увлажняют ее и нормализуют баланс, повышают упругость и защитные свойства эпидермиса, снижают воспалительные процессы и раздражение. А потому масло оливы может стать хорошим средством для улучшения состояния кожи лица. Но как лучше наносить этот продукт?

Рецептов косметических масок, в которых используется оливковое масло, можно встретить огромное множество. Но все же эффективных, простых в приготовлении и потому популярных не так много – мы собрали для вас топ-10 таких примеров.

Стандартная маска из оливкового масла

Самый легкий рецепт маски для лица, в котором нет ничего, кроме самого масла. Вам нужно слегка подогреть его и ватным тампоном нанести на очищенную кожу аккуратными движениями. Держать маску следует около 20-30 минут, пока она не впитается, затем можно снять остатки обычной бумажной салфеткой. Этот рецепт подходит для ухода за любым типом кожи, но особо полезен для шелушащейся и сухой – в таком случае его можно использовать каждые 1-2 дня.

Увлажняющая маска из масла оливок и овощей

Усилить эффективность оливковой маски можно при помощи овощной кашицы: из свежих огурца, кабачка, помидора, тыквы. Для этого возьмите мякоть выбранного овоща и растолките ее, чтобы получилась 1 столовая ложка готового компонента. Затем смешайте данный ингредиент с 1 столовой ложкой подогретого оливкового масла, нанесите маску и оставьте ее на 15-20 минут, после смойте теплой водой. Этот рецепт идеален для увлажнения сухой кожи.

Тонизирующая маска из оливкового масла и фруктов

Эта маска по своей сути схожа с вышеописанной «овощной»: здесь тоже следует подготовить 1 столовую ложку кашицы из продуктовой мякоти и смешать ее с той же самой 1 столовой ложкой теплого масла из оливок. Держать эту маску на лице тоже необходимо до 20 минут, как и смывать чистой теплой водой. Отличается же эффект. Использование вместо овощей мякоти банана, клубники, малины, яблока, киви или цитрусовых повышает тонус кожи и питает ее.

Поддерживающая маска с мукой и маслом из оливок

Для ухода за нормальной и комбинированной кожей можно объединить оливковое масло и пшеничную муку (как вариант, допустимо заменить ее рисовой и овсяной). Объем ингредиентов для маски аналогичен овощным или фруктовым рецептам: 1 столовая ложка масла и 1 столовая ложка муки, которые смешиваются до густого, как сметана, состояния. Этот состав нужно на 15-20 минут нанести на кожу лица и затем смыть его водой комнатной температуры.

Смягчающая маска из масла оливы и творога

Максимальное увлажнение и смягчение кожи – именно этот результат дает такая маска. Для нее вам понадобятся 2 столовые ложки оливкового масла, 1 столовая ложка жирного творога, при желании можно добавить яичный желток (тогда масла нужно меньше). Компоненты перемешиваются до однородного состояния, и смесь выкладывается на лицо на 20 минут, а затем удаляется с помощью чистой воды (также можно использовать для этого травяной отвар).

Антивозрастная маска с медом и оливковым маслом

Если хотите не просто увлажнить кожу, а еще помочь ей в борьбе с возрастными изменениями, используйте «медовую» маску. Для этого вам нужно взять столовую ложку теплого масла из оливок и 1-2 чайные ложки жидкого меда – и смешать их. Как и в случае «творожного» рецепта, в состав смеси вы можете положить яичный желток. Наносить эту маску необходимо тонким слоем и держать около 20 минут, чтобы потом смыть теплой водой.

Обезжиривающая маска из масла оливок и томатного сока

Для приведения в нормальное состояние жирной кожи маска подходит как нельзя лучше. Возьмите чайную ложку крахмала и высыпьте ее в небольшое количество томатного сока, а затем вылейте в такую смесь еще столовую ложку подогретого оливкового масла – и максимально тщательно размешайте все компоненты. Когда маска готова, покройте ею кожу лица, оставьте на 10-15 минут, а затем очистите лицо теплой водой.

Разглаживающая маска из лимона и оливкового масла

Этот рецепт пригодится тем, кто хочет убрать морщины. Для его приготовления вам нужны четверть лимона, чайная ложка масла оливы и ложка овсяной муки. Лимон следует выдавить или измельчить вместе с цедрой и смешать с маслом, а для загустения высыпать в смесь муку. Также вы можете дополнить маску яичным желтком. Получившуюся в итоге пасту наносите на проблемные места на 15-20 минут, после чего смывайте водой.

Отбеливающая маска с оливковым маслом, молоком и толокном

Если вы хотите очистить кожу лица, добившись отбеливающего эффекта, то вам необходима именно такая маска. Для нее понадобятся теплое масло из оливок, кислое молоко, толокно, также можете добавить кефир или нежирный творог – все по 1 чайной ложке. Смешайте ингредиенты, дополните щепоткой соли и оставьте на 10 минут, чтобы соль растворилась, а толокно набухло. Снова размешайте – и наносите на кожу на 15 минут, а затем смывайте водой.

Ухаживающая маска с оливковым, розмариновым и другими маслами

Обеспечить комплексный уход за нормальной кожей можно при помощи смеси из нескольких натуральных масел сразу. Например, вы можете соединить столовую ложку масла из оливок с 2-3 каплями масла розмарина, розового дерева, кокоса, герани – но при желании никто не запрещает поэкспериментировать и подобрать для себя другие выжимки. Наносить на кожу лица полученный состав следует 1-2 раза в день, удаляя излишки, которые не впитались, салфеткой.

И обратите внимание: все эти маски – исключительно натуральные, не содержат в себе синтетических веществ, которые могут вызвать раздражение или аллергию. Поэтому использование оливкового масла для ухода за кожей можно называть не просто эффективным и простым, но и абсолютно безопасным!

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Среда моделирования для подгонки лицевой маски на лица на основе населения

3.1 Влияние размера маски и степени бокового подгиба

Здесь исследуется площадь протечки прямоугольной тканевой маски для лица трех различных размеров и условия заправки боковых краев. Подтачивание маски математически моделируется как постепенное уменьшение нерастянутой длины боковых краев от начальной ( L ₀ ) до L = α _T L ₀ , где α _T обозначается как коэффициент втягивания (рис. 4).Подтачивание также можно рассматривать как складывание сторон маски таким образом, что боковые края становятся короче исходной длины, как показано на вставке на рис. 4b. Форма и размер маски выбираются на основе рекомендаций CDC по сшиванию тканевых покрытий для лица [27]. Исходя из рекомендаций, в качестве базового случая выбирается маска с L ₀ = 5,5 в и W = 9 в (будет называться средней маской), с α _Т = 0.5. Два других размера: W, = 8, дюйма, (в дальнейшем будет называться малая маска) и , W, = 10, дюйма, . (будут называться большой маской) с тем же соотношением сторон также тестируются на предмет изменения размера маски.

Рис. 4.

a) Примеры результатов моделирования развертывания лицевой маски на базовой грани реализации и ее модификации вдоль каждой оси функции. б) Образец профиля отверстия утечки по периметру маски по часовой стрелке, начиная с середины стороны подбородка.Края маски обозначены как сторона носа (область 1), сторона щеки (область 2) и сторона подбородка (область 3) и отмечены соответствующими цветами на вставленных рисунках. На вставленных рисунках также показано определение коэффициента втягивания α _T = L / L ₀ в текущем исследовании.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0252143.g004

Чтобы гарантировать, что статистические данные по ансамблю достаточны для получения достоверных выводов из моделирования, 150 случайных субъектов выбираются из виртуальной когорты лиц и для каждого субъекта , 8 модифицированных конфигураций генерируются для систематического изучения того, как черты лица влияют на зону утечки по периметру маски.Модификация каждой случайной грани выполняется по одному направлению объекта за раз. Векторы признаков в этом исследовании ограничены весом (от худого до тяжелого), возрастом (от молодого до старого), полом (от женского до мужского) и ростом (от короткого до высокого), как показано на рис. 4a. Выбор основан на доступности предыдущей базы данных. Другие важные особенности лиц, такие как раса, не рассматриваются и будут исследованы в будущей работе, как объяснено в заключительном разделе.

На рис. 5а показано статистическое среднее значение кумулятивной площади утечки по периметру малых, средних и больших масок с коэффициентом подгибания α _T = 0.7, 0,5, 0,3. Полосы соответствуют рекомендованной CDC маске (средний размер), а синие и красные точки представляют большую и маленькую маски соответственно. Каждая категория граней нанесена на график другим цветом, а коэффициенты втягивания показаны сплошными ( α _T = 0,7), пунктирными ( α _T = 0,5) и пунктирными ( α _T = 0,3) границы. Шкала ошибок для каждых данных показывает стандартное отклонение вычисленных параметров для 150 случайных реализаций лиц.Было обнаружено, что меньший размер маски по сравнению с размером, рекомендованным CDC, оказывает минимальное влияние на общую площадь утечки для базовых случаев, особенно для более высоких коэффициентов втягивания. Однако есть существенные изменения в общей площади утечки для более тонких, молодых и женственных лиц с уменьшением размера маски независимо от степени заправки. В целом, тенденция указывает на то, что маски меньшего размера уменьшают площадь по всему спектру лиц. Точно так же общая площадь утечки постоянно уменьшается с увеличением втягивания сторон для всех, кроме категории тяжелых поверхностей.Подтачивание боковых краев оказывает более заметное влияние на большой размер маски. Позже мы покажем, как большая маска имеет слишком большой размер для некоторых случаев, и эта большая маска свисает с подбородка вместо того, чтобы плотно прилегать к лицу. Заправка (складывание) сторон маски смещает нижний край маски ближе к подбородку и, следовательно, значительно уменьшает площадь зазора.

Рис. 5. a) Средняя площадь отверстия утечки по периметру, b) максимальное расстояние зазора.

Полосы для средней (рекомендуется CDC) маски.Красные и синие точки обозначают соответственно маленькую и большую маски. Коэффициент втягивания 0,7 показан сплошными полосами, 0,5 — пунктирными полосами и 0,3 — пунктирными полосами. Стандартное отклонение каждой точки данных отображается линией.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0252143.g005

Утечка по краям маски также зависит от гидравлического периметра отверстия (как площади, так и формы отверстия) [36, 37] . Чтобы исследовать этот эффект, на рис. 5b мы показываем максимальное отверстие (максимальное расстояние между краем маски и лицом).Удивительно, но уменьшение размера маски не оказывает монотонного эффекта на максимальное раскрытие зазора (рис. 5b). То есть, в то время как большинство категорий лиц демонстрируют некоторое уменьшение максимального раскрытия, базовое, тяжелое и мужское лица могут иметь большее максимальное отверстие с меньшими масками. Только тонкие, женственные и короткие лица показывают значительное улучшение максимального раскрытия с уменьшением размера маски по сравнению с размером, рекомендованным CDC. Максимальное раскрытие также показывает, что коэффициент втягивания не имеет универсального эффекта.Например, меньшие коэффициенты втягивания приводят к более крупным отверстиям на старых лицах, хотя и небольшому увеличению. Основное наблюдение заключается в том, что правильный размер маски — наиболее эффективный способ уменьшить максимальное раскрытие, а меньшая степень заправки может быть полезна только для определенных категорий лиц.

Сравнение размеров масок и коэффициентов втягивания для средних случаев в каждой категории показано на рис. 6. Можно видеть, что размещение маски на лице значительно изменяется, когда маска становится меньше порогового значения.В частности, нижний край маски смещается от нижней части подбородка к верхней части подбородка для тяжелых и высоких лиц с маленькой маской. Следовательно, нижняя опора маски может легко скользить в тангенциальном направлении и может легко привести к изменениям в размещении маски во время рутинных повседневных действий, таких как разговор и дыхание. Любой случай соскальзывания маски, будь то проскальзывание нижнего края за точку опоры подбородка или проскальзывание верхнего края ниже точки кончика носа, считается неудачным и не использовался при оценке каких-либо показателей в этом исследовании.Отметим, что маленькая маска на тяжелых и высоких лицах в большинстве случаев выходила из строя. Представленные результаты относятся к случаям, когда маска не соскользнула, однако из-за того, что в большинстве случаев с небольшими масками в этих конкретных случаях (тяжелых и высоких) выходят из строя, мы игнорируем их в остальной части нашего обсуждения. В тонких и женственных футлярах наблюдается быстрое увеличение открытой щели, в первую очередь в области подбородка, с увеличением размера маски. Результаты показывают, что добавление механизма подгибания к нижнему краю маски среднего размера — простая модификация, которая сделает их более эффективными для женственных и тонких лиц.

Рис. 6. На среднем графике показаны медианные значения для средней маски (рекомендуемый размер CDC) и коэффициента подгибания 0,5.

Правый и левый графики показывают изменение для малой маски и коэффициента подгибания 0,3 соответственно.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0252143.g006

Протечку вокруг маски можно разделить на три отдельных сегмента: верхний край у носа, боковые края у щек и нижний край у носа. подбородок. Максимальное открытие зазора и вклад каждого сегмента маски в общую площадь утечки сравниваются на рис.7.Замечено, что утечка из области носа не зависит от степени подгибания и размера маски, за исключением тонких, женственных и коротких лиц (то есть лиц меньшего размера). Когда маска имеет средний или маленький размер, коэффициент подгибания можно использовать для дальнейшего уменьшения отверстия возле носа (сторона 1) на худых, молодых и невысоких лицах без увеличения максимального расстояния зазора. В других случаях большее втягивание сопровождается увеличением максимального зазора, открывающегося поверх маски. Увеличение в первую очередь связано с изменением размещения маски на носу.Невосприимчивость к размеру маски и соотношению заправки для большинства групп лиц предполагает, что для уменьшения раскрытия верхнего края необходим зажим или другой механический эффект, что является стандартом для некоторых масок более высокого качества, имеющихся в настоящее время на рынке.

Другая тенденция наблюдается для щечных краев (сторона 2), где наблюдается значительное уменьшение раскрытия с уменьшением размера маски и степени подгибания. Максимальное раскрытие значительно уменьшается при увеличении складывания с α = 0.7 до α = 0,5 в больших масках, дальнейшее увеличение втягивания (нижнее α ) не изменяется до максимального раскрытия. Площадь утечки с этой стороны показывает наибольшее уменьшение с большей подгибкой по сравнению с двумя другими областями маски. Уменьшенная площадь и неизменное максимальное раскрытие указывают на то, что с меньшими коэффициентами втягивания отверстие бокового отверстия становится более концентрированным.

Максимальное отверстие и площадь утечки около подбородка (сторона 3) являются основными составляющими общей утечки для тонких и женственных лиц.Коэффициент втягивания играет незначительную роль в этой части маски, в то время как размер маски является основным движущим фактором. На худых и женственных лицах площадь утечки уменьшается более чем на 50% при меньшем, чем рекомендованный CDC, размере маски. Исключением являются тяжелые грани, где небольшая маска обеспечивает большие максимальные отверстия в нижнем крае. Это связано с накладкой маски на лицо и размещением нижнего края над подбородком.

Очевидно, что сама по себе площадь утечки ( A ) или максимальный зазор ( макс ( H )) не являются идеальными показателями эффективности маски.Вместо этого мы предлагаем рассматривать маску как набор каналов N с одним концом у рта / носа (т. Е. В области, в которой создается высокое давление, которое направляет воздух к периметру маски), и другой конец на внешнем крае маски. Это можно представить как лучи, исходящие изо рта в точки вдоль края маски ( s _i ), как показано на рис. 8a. Эти лучи можно рассматривать как двумерные каналы длиной L и высотой H , равной длине отверстия маски в каждой точке по периметру маски.На рис. 8b показан такой канал, обратите внимание, что длина каждого канала задается расстоянием от устья до соответствующей точки на периметре маски ( s _i ). Рассматривая систему таким образом, мы можем получить гидравлическое сопротивление, соответствующее каждой точке по периметру маски ( R _i ), которое будет описывать относительную величину воздушного потока, который выходит в этой точке по сравнению с в количестве, отфильтрованном через ткань маски.Профиль скорости потока в проницаемом канале можно определить как (11)

Рис. 8.

a) Двумерные каналы, изображенные на маске, развернутой на лице сплошными черными линиями, исходящими из области высокого давления у рта и заканчивающимися на краю маски. б) Схема потока управляемого давлением канала, соответствующего точкам по периметру маски ( s _i ) и соответствующей цепи.

https: // doi.org / 10.1371 / journal.pone.0252143.g008

Обратите внимание, что, хотя одна сторона канала является пористой, то есть маска, было показано, что профиль скорости существенно не изменяется и, следовательно, профиль потока Гагена-Пуазейля является пористым. все еще актуально для нашего анализа [38]. После интегрирования v по высоте канала массовый расход может быть получен как, (12) где Δ p = P ₀ — P _∞ , разница между высоким давлением у рта и давлением окружающей среды сразу за маской.Исходя из этого, эквивалентную модель сопротивления, показанную на рис. 8b, можно использовать для получения гидравлического сопротивления для каждой точки по периметру маски: (13)

Только L и H являются геометрически изменяющимися параметрами в этом выражении; поэтому мы вводим новый параметр для характеристики относительных изменений гидравлического сопротивления. Поскольку он обратно пропорционален массовому расходу утечки, большее значение считается более эффективным.

Среднее и минимальное значение для каждой категории лица и дизайна маски показаны на рис. 9.Среднее значение принимается как среднее по всем случаям для каждой категории лица и маски общего сопротивления каждого случая. Как показано на рис. 8b, все каналы и, следовательно, сопротивления параллельны, так что, (14)

В отличие от предыдущих показателей A и max ( H ), среднее гидравлическое сопротивление R _avg не показывает, что маски меньшего размера, как правило, являются лучшим выбором. Вместо этого существует более четкое различие между наиболее эффективным дизайном маски для каждой категории лица.Самая большая маска обеспечивает самый высокий R _{средний} для тяжелых и высоких лиц. Базовые, молодые, старые и мужские лица больше всего выигрывают от средней маски, в то время как остальные лица получают лучшую защиту с точки зрения R _avg с маленькой маской. Как отмечалось ранее для A и max ( H ), любая маска, размер которой больше, чем маленькая маска на тонких поверхностях, в основном неэффективен из-за больших зазоров, особенно в выступающей нижней кромке.Гидравлическое сопротивление учитывает близость края маски ко рту / носу, так что, если маска меньшего размера вызывает соскальзывание, которое приводит к уменьшению расстояния между краем маски и ртом / носом, гидравлическое сопротивление уменьшается. Интересно, что немонотонный эффект коэффициента втягивания более очевиден для R _avg . Tuck-in, кажется, обеспечивает необходимые настройки, чтобы обеспечить наиболее эффективную маску для нескольких случаев. Молодые лица показывают, что маски меньшего размера более эффективны для их лица, однако кажется, что средняя маска с заправкой может быть лучшим выбором.Мужское и короткое лицо демонстрируют схожее поведение. В базовом случае, например, увеличение степени подгибания пагубно сказывается на общей эффективности маленькой маски. По мере увеличения размера маски более высокие коэффициенты втягивания работают лучше. Эта тенденция явно не монотонна, вместо этого R _avg первоначально увеличивается с α , но увеличение выше α = 0,5 приводит к уменьшению R _avg . Чтобы понять это, мы внимательно рассмотрим мужские лица с большой маской, где эффект наиболее заметен.Обнаружено, что увеличение коэффициента втягивания с α = 0,3 до α = 0,5 приводит к уменьшению площади зазора и максимального раскрытия зазора для всех секций маски, что приводит к более высокому гидравлическому сопротивлению. Увеличение до α = 0,7 приводит к увеличению максимального открытия зазора. Это приводит к изменению формы отверстий от широких и неглубоких к более локализованным более крупным зазорам, что приводит к снижению гидравлического сопротивления в больших масках и большому втягиванию.Эффективность маски также можно определить по наиболее вероятной точке утечки, определяемой здесь точкой с наименьшим гидравлическим сопротивлением ( R _мин ). Хотя есть небольшие различия в тенденциях, в основном они незначительны. Наиболее заметным отличием является то, что R _min находится на коротких гранях, где средняя маска кажется более эффективной, чем маленькая маска, в отличие от наблюдений, сделанных в R _avg .

Предыдущие результаты показывают, что необходимо учитывать как площадь утечки, так и максимальный зазор между краями, чтобы достичь дискриминационного фактора, который может идентифицировать различные виды утечки вокруг маски. В связи с этим мы обнаружили, что это может служить параметром для неконтролируемой классификации результатов, где H _SD — это стандартное отклонение зазора открытия и среднее расстояние открытия по краям. На рис. 10 показан график разброса для эффектов размера маски и коэффициента подгибания.Было обнаружено, что данные можно сгруппировать в 5 кластеров, чтобы лучше всего разделить влияние черт лица. Количество кластеров ( K ) выбирается таким образом, чтобы при дальнейшем увеличении на K ошибка восстановления существенно не уменьшалась. Ошибка восстановления определяется как, где — набор данных, а μ — центр кластера. Эти кластеры отмечены разными цветами на каждой части рисунков, в то время как разные символы используются для различения разных категорий функций.Кроме того, на вставках представлен процент категорий лиц в каждом кластере.

Рис. 10. Классификация утечки для различного размера маски (строки) и соотношения втягивания (столбцы) на основе параметра формы.

Кластеры отображаются разными цветами, а разные категории лиц отмечены символами, приведенными в легенде. Цифры на вставке представляют собой процентное соотношение составляющих лиц в каждой категории.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0252143.g010

Категория тонких граней (цифра 2 в легенде) неизменно является основным источником кластера 1 (темно-синий кластер). Аналогичные наблюдения можно сделать для более тяжелых лиц и кластера 5 (желтый кластер). Центр кластера 1 смещается вверх и с уменьшением степени втягивания, что согласуется с предыдущими наблюдениями, согласно которым меньшая степень втягивания приводит к более неравномерному распределению зазоров. Увеличение размера маски смещает центр тяжести кластера вниз, указывая на то, что размер маски в первую очередь влияет на отверстие зазора на нижнем и боковом краях.Кластер 5 показывает вариации только по осям. Кроме того, мы видим, что категория мужского лица является наиболее распространенным членом кластера 3 с незначительным смещением центроида среди случаев. Два других кластера, кластеры 2 и 4, представляют собой смешанные наборы лиц, предполагая, что для классификации этой области подпространства функций необходимы другие черты лица. Обнаружено, что коэффициент подгибания может вызвать лишь незначительное смещение этих кластеров, но размер маски может существенно изменить режим раскрытия по краям.

На рис. 11 мы изображаем случаи категории доминирующих признаков, ближайшей к центроидам кластеров на рис. 10, для средних (а), малых (б) и больших (в) размеров маски. Каждый рисунок также включает результаты для коэффициентов втягивания 0,7 (верхний ряд), 0,5 (средний ряд) и 0,3 (нижний ряд). Как упоминалось ранее, кластеры 1, 3 и 5 преимущественно состоят из более тонких, более мужских и более тяжелых лиц соответственно. Молодые и короткие лица являются наиболее репрезентативными категориями признаков кластера 2, в то время как старые и женские лица составляют большую часть кластера 4 для средних и больших масок.Тем не менее, обнаружено, что ни одна из категорий характеристик не является доминирующей составляющей кластеров 2 и 4 с более чем 1/3 членов.

Рис. 11. Ближайшие случаи к центру кластеров и их процентное соотношение в каждом кластере для (а) средней (рекомендуется CDC) маски, (б) маленькой маски и (в) большой маски для трех коэффициентов подгибания. 0,7, 0,5 и 0,3 от верхнего ряда до нижнего.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0252143.g011

Результаты неконтролируемой кластеризации на основе изменчивости, связанной с лицами, предполагают, что для определенных групп, таких как тяжелые и тонкие лица, можно найти наиболее эффективное закрытие лица с минимальным открытием щелей, особенно при использовании маски подходящего размера.Однако в других случаях необходимо учитывать другие факторы, такие как форма и геометрические параметры лица, чтобы лучше определить наиболее оптимальный размер покрытия тканевой маски и соотношение заправки.

3.2 Роль черт лица

В этом разделе исследуется, как изменения категориальных черт лица (вес, возраст и пол) влияют на представленные результаты. Площадь утечки и максимальное расстояние зазора показаны на рис. 12. Горизонтальная ось далее обозначена как индекс веса / возраста / пола с нулевым значением, соответствующим базовому случаю.Соответствующая черта лица для каждого значения изображена в легендах, а случаи, использованные в предыдущих разделах, отмечены значком. Левый столбец предназначен для различных размеров маски и коэффициента подгибания 0,5, а правый столбец — для среднего (рекомендованного CDC) размера маски с коэффициентами подгибания 0,3, 0,5 и 0,7. Пунктирные линии показывают стандартное отклонение данных. Наконец, на рис. 12d мы изображаем медианные случаи для отмеченных точек на дополнительных рисунках (i-1) для средней маски и коэффициента подгибания, равного 0.5.

Рис. 12. Изменение площади протечки (часть 1), максимального раскрытия зазора (часть 2) для различных (а) веса, (б) возраста и (в) половых показателей.

Панель (i) предназначена для 3 размеров маски (красная: маленькая, черная: средняя и синяя: большая) с коэффициентом подгибания 0,5, а панель (ii) предназначена для 3 размеров маски (красный: 0,7, черный: 0,5 и синий: 0,3) и средний размер маски. Ось x — это режим нормализованных признаков, показанный для среднего лица на подмножествах фигур. Средние случаи для среднего размера маски и коэффициента подгибания равны 0.5 отмечены на рисунках i-1.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0252143.g012

Увеличение веса приводит к уменьшению площади утечки до порога, при котором площадь утечки достигает асимптотического значения. Этот порог очень похож для разных размеров маски и имеет весовой индекс 0,5 (рис. 12a-i). Индекс веса с минимальным зазором сильно зависит от размера маски, наблюдаемый при -0,3, 0 и 0,6 для малых, средних и больших масок соответственно.С другой стороны, более высокий коэффициент втягивания незначительно уменьшает площадь проема для всех показателей веса и почти не влияет на минимальный зазор проема (панель на рис. 12a-ii). Как показано на рис. 12d-1, зазор вдоль нижнего края маски изменяется наиболее существенно, и его плотность на подбородке коррелирует с точкой перехода, наблюдаемой выше.

Изменение возрастных особенностей лица имеет различный результат в отношении площади протечки и максимального раскрытия щели. Как коэффициент втягивания, так и размер маски почти одинаково изменяют площадь утечки и максимальное отверстие в зависимости от индекса возраста (рис. 11b).Минимальная площадь утечки по отношению к возрастному индексу смещается к пожилым лицам с увеличением размера маски, но не зависит от коэффициента подгибания. Большая маска показывает почти одинаковое максимальное раскрытие для всех возрастов, в то время как другие размеры показывают начальное разрушение и последующий рост с возрастным индексом. Наименьшее максимальное отверстие происходит при более низком индексе возраста, чем наименьшая площадь утечки. Коэффициент втягивания дополнительно изменяет максимальное раскрытие, особенно при низких и высоких крайних значениях возрастного индекса. Медианные реализации для выделенных случаев на панели (i-1) на рис. 11d-2 показывают, что есть сдвиг в расположении верхнего края маски на носу с указанием возраста.Установлено, что простая конструкция маски неспособна уменьшить отверстие верхнего края возле носа, поскольку геометрические различия между маской и лицом всегда приводят к ненулевому зазору на верхнем крае.

Гендерный индекс, хотя и демонстрирует тенденцию, аналогичную тенденции общей площади утечки к возрастному индексу, имеет отчетливый профиль максимального раскрытия, который больше похож на профиль весового индекса (рис. 11c). Минимальная площадь утечки смещается в сторону более женственных лиц с меньшими размерами маски, но максимальное отверстие становится больше с увеличением женского гендерного индекса.Фактически, самая маленькая маска показывает самый большой разрыв, чем любой другой случай, когда гендерный индекс равен -1 (самый женский). Для более мужественных лиц отклик всех размеров масок одинаков. И, наконец, коэффициент прибавки оказывает незначительное влияние на гендерный индекс. Из протестированных случаев установлено, что лица всех полов имеют схожее распределение щелей в области щек и подбородка, но они различаются по отверстию в области носа по сравнению с другими показателями, такими как вес.

Вирулицидная маска для лица, основанная на концепции реактора с обратным потоком для термической инактивации SARS ‐ CoV ‐ 2 — Faucher — 2021 — AIChE Journal

1 ВВЕДЕНИЕ

Маски для лица снижают скорость передачи коронавирусов, гриппа и других респираторных вирусов от человека к человеку при дыхании и кашле. ^1-3 Во время пандемии COVID-19 широкое распространение эффективных масок привело к улучшению показателей здоровья во всем мире. ^{1, 4} Маски для лица не всегда эффективны для предотвращения распространения вируса от человека к человеку, и их доступность во время пандемии COVID-19 часто была ограничена. ³ Подавляющее большинство масок, которые использовались во время пандемии, включая респираторы N95, снижают перенос вирусов за счет механической фильтрации при температуре окружающей среды. ⁵ Напротив, существует нехватка версий, разработанных для тепловой инактивации вирусов и стерилизации воздушного потока.

В качестве инженерной проблемы циклическое изменение направления воздушного потока, связанное с вдохом и выдохом человека, позволяет использовать конкретную конструкцию химического реактора: реактор с обратным потоком. Реактор с обратным потоком ^6-9 периодически меняет направление конвективного потока через одномерный реактор, обычно с уплотненным слоем, для распространения реакционной зоны на длину, превышающую физические размеры реактора.После первой патентной подачи Фредериком Коттреллом в 1935 году ¹⁰ реакторов с обратным потоком использовались в промышленности в течение почти полувека и хорошо изучены. ^{6, 8, 11, 12} Этот тип реактора предлагает несколько преимуществ по сравнению с реакторами с однонаправленным насадочным слоем. В зависимости от частоты переключения направления потока зона реакции экзотермической реакции может выходить за физические пределы реактора в обоих направлениях, увеличивая конверсию, уменьшая потребность в теплообмене, ограничивая засорение реактора, ⁶ и повышая устойчивость к колеблющиеся входы. ¹¹ Связь между передачей тепла и количества движения приводит к нескольким периодическим установившимся состояниям. ¹² В то время как канонические реакторы с обратным потоком включают экзотермические реакции, конструкции реакторов с обратным потоком могут также применяться в эндотермических и смешанных эндотермических-экзотермических системах. ¹² В случае нагретой маски реакция (т.е. термическая инактивация SARS-CoV-2) не является заметно эндотермической или экзотермической, что отделяет температурный профиль от степени реакции.Строго говоря, это исключает некоторые преимущества конструкции реактора с обратным потоком. Однако концепция обратного потока в вирулицидной маске навязана колебаниями человеческого дыхания, которые не были сознательно выбраны инженером. Концепции, взятые из реакторов с обратным потоком, в частности идея различных рабочих режимов, очерченных бифуркационными переменными, ⁷ , могут быть применены к нагретой маске и дают представление о ее конструкции.

Маска с подогревом для инактивации SARS-CoV-2 представляет собой новую концепцию средств индивидуальной защиты для решения критических и своевременных проблем.Термическая инактивация без маски широко обсуждалась как способ стерилизации поверхностей и предметов для предотвращения передачи коронавируса. ^13-15 Циркуляция воздуха и обогрев помещений и зданий также были предложены для уменьшения распространения SARS-CoV-2 в воздухе. ¹⁶ Что касается масок, механическая фильтрация на сегодняшний день является основным механизмом сопротивления патогенам. Респираторы N95 и другие маски с механической фильтрацией действуют путем улавливания, инерционного удара и диффузии частиц, в результате чего отбрасывается большинство частиц размером от субмикронного до микронного масштаба. ⁵ В то время как респираторы N95 рекомендуются для использования в медицинских учреждениях, ¹⁷ они предназначены для одноразового использования, и их широкое применение работниками, не работающими в сфере здравоохранения, может привести к появлению берегов. ¹⁸ Маски многоразового использования, такие как тканевые маски, обеспечивают существенную социальную выгоду, но могут не обеспечивать адекватный уровень защиты от коронавируса при любых обстоятельствах, ¹⁹ , в то время как попытки повторного использования масок (например, респираторов N95), предназначенных для одноразового использования, также могут снизить эффективность фильтрации. ^20-22 Нехватка масок, образование отходов от одноразовых масок и распространение пандемии COVID-19 в регионах мира с более слабой инфраструктурой здравоохранения представляют собой острую необходимость пересмотреть конструкции и концепции защитных масок для лица. ^{3, 23} В ответ мы предлагаем маску, которая блокирует SARS-CoV-2 путем термической инактивации, а не механической фильтрации. Такие маски ранее подробно не анализировались, поэтому это первый количественный анализ температур, объемов и материалов, которые можно было бы использовать для термической инактивации патогена в защитной маске для лица.

В этой работе мы представляем концепцию многоразовой лицевой маски, которая содержит нагретую пористую сетку для термической инактивации SARS-CoV-2. Мы формулируем связанные балансы массы и энергии по всей маске, чтобы создать пространство дизайна, которое отображает рабочую температуру, объем маски и воздушный поток для снижения вирусной нагрузки и накопления CO ₂ . Мы анализируем носимую маску с подогревом как термохимический реактор с обратным потоком и исследуем ее конструкцию с учетом трех ключевых параметров модели: (1) осциллирующий поток дыхания, (2) тепловая инактивация первого порядка SARS-CoV-2 и (3) максимально допустимый перепад давления.Мы предлагаем маску объемом 300 мл, работающую при температуре 90 ° C, содержащую медную сетку с приблизительным диаметром ячейки 0,1 мм. Мы показываем, что эта конструкция маски может обеспечить 3-логарифмическое снижение концентрации вируса при умеренном вирусном импедансе, при котором вирусные частицы перемещаются на треть быстрее, чем воздух внутри маски, или 6-кратное снижение концентрации вируса при более высоком вирусном импедансе. . Рассматривая механизмы адсорбции и десорбции и устанавливая ограничение по общему перепаду давления, мы определяем, что эти коэффициенты распределения, вероятно, могут быть достигнуты.Эти результаты показывают, что маска для лица с подогревом является многообещающей новой конструкцией для уменьшения распространения SARS-CoV-2 от человека к человеку и будет использоваться для создания прототипов и более подробного 3D-моделирования термической инактивации патогенов в масках для лица с подогревом.

2 ОПИСАНИЕ ПРОБЛЕМЫ

Нагреваемая маска для термической инактивации SARS-CoV-2 содержит четко определенный внутренний объем с пористой сеткой, изолирующим внешним слоем, входами в основную массу и выходными отверстиями в носу и рту, как показано на рис. 1A, B.Это можно представить как одномерный домен длиной L , как показано на Рисунке 1C, D. Конструкция маски ограничена несколькими ограничениями, включая объем и период дыхания человека, кинетику инактивации коронавируса и максимальное падение давления для безопасности и комфорта. Оптимальная лицевая маска компактна, обеспечивает высокую вирусную инактивацию, позволяет выдыхать CO ₂ , работает в безопасном температурном диапазоне и может работать от батарей в течение длительного времени.Эти показатели эффективности, в частности логарифм снижения вирусной концентрации, зависят от объема маски, температуры и коэффициента распределения K _p . Ниже обсуждаются пять аспектов формулировки проблемы — человеческое дыхание, термическая инактивация SARS-CoV-2, массоперенос, теплопередача и вирусный импеданс.

Дизайн маски с подогревом и постановка проблемы. (A) CAD-чертеж маски 0,3 л. Окончательно предложенная конструкция представляет собой маску объемом 0.3 л при рабочей температуре 90 ° C, что может вызвать термическую инактивацию SARS-CoV-2 и комфортно работать с изоляцией и охлаждением. (B) Второй CAD-чертеж маски 0,3 л, показывающий пористую внутреннюю часть из медной сетки диаметром 0,6 мм, неопреновую изоляцию толщиной 0,3 см, два входа для воздуха по бокам маски и один выход для носа и рта. (C) Внутренняя часть маски может быть смоделирована как одномерная область, простирающаяся от объема воздуха при x = 0 до носа и рта при x = x _max .Определяются длина маски, площадь поперечного сечения и соотношение сторон. Температура, концентрация вируса и концентрация CO ₂ меняются в зависимости от положения и времени в пределах домена. Граничные условия Неймана и Данквертса соблюдаются при x = 0 и x = L и переключаются с вдохом и выдохом. (D) Чертеж САПР, показывающий 1D систему координат и размеры, наложенные на 3D-маску. (E) Синусоидальная аппроксимация формы волны дыхания человека с периодом 5 с и дыхательным объемом 0.5 L. (F) Термическая инактивация SARS-CoV-2 следует кинетике первого порядка с линейной зависимостью между натуральным логарифмом константы скорости, ln k , и обратной температурой, 1/ T . Данные взяты из Chin et al. ²⁷ (G) Термическая инактивация SARS-CoV-2 хорошо охарактеризована с параметрами первого порядка скорости, соответствующими правилу Мейера – Нелдела, что согласуется с другими коронавирусами, такими как коронавирус первого тяжелого острого респираторного синдрома (SARS-CoV-1 ), ближневосточный респираторный синдром (MERS-CoV), вирус трансмиссивного гастроэнтерита (TGEV), вирус гепатита мышей (MHV) и вирус эпидемической диареи свиней (PEDV).Данные взяты из Япа и др. ²⁸ [Цветную диаграмму можно посмотреть на сайте wileyonlinelibrary.com]

2.1 Человеческое дыхание

Колебания человеческого дыхания создают периодически реверсивный поток через маску по аналогии с реактором с обратным потоком. Дыхательный объем, который представляет собой объем воздуха, вытесняемый между вдохом и выдохом, предполагается равным 0,5 л, ²⁴ , а период — 5 с. ²⁴ Для обеспечения комфорта падение давления поддерживается ниже 60 Па. Л. ^-1 / с при максимальном расходе, что представляет собой порог для определения сопротивления на вдохе. ²⁵ Скорость внутри маски U ( t ) предполагается синусоидальной ²⁶ : (1) где U _max — максимальная скорость, а τ — период. Предполагаемая форма волны дыхания показана на рисунке 1E. Положительные скорости представляют вдох, а отрицательные скорости — выдох.

2.2 Термическая инактивация SARS-CoV-2

Термическая инактивация вируса, включая SARS-CoV-2, следует хорошо изученной кинетике.Ее можно представить как химическую реакцию первого порядка, скорость которой зависит от температуры, как показано ниже: (2) где r — скорость реакции, k — константа скорости первого порядка для термической инактивации, а C — концентрация вируса. Скорость термической инактивации SARS-CoV-2 соответствовала соотношению Аррениуса следующей формы: (3) где k — константа скорости первого порядка для тепловой инактивации, E _a — энергия активации для инактивации, R — газовая постоянная, T температура и A частота фактор.Мы подбираем экспериментальные данные, полученные от Чина и др. ²⁷ для SARS-CoV-2, как показано на рисунке 1F, чтобы найти энергию активации 132,6 кДж / моль и натуральный логарифм частотного фактора ln ( A ) , из 47,4. Корреляция между двумя параметрами соответствия, E _a и ln ( A ), следует правилу Мейера-Нелдела, которое предполагает денатурацию белка при высоких температурах, ²⁸ и согласуется с кинетикой термического инактивация широкого спектра других коронавирусов, включая коронавирус первого тяжелого острого респираторного синдрома (SARS-CoV-1), ближневосточный респираторный синдром (MERS-CoV), вирус трансмиссивного гастроэнтерита (TGEV), вирус гепатита мышей (MHV) и вирус эпидемической диареи свиней (PEDV), как сообщил Яп и др. ²⁸ и нанесен на график на Рисунке 1G.В то время как экспериментальные данные по термической инактивации SARS-CoV-2 распространяются только от комнатной температуры до 70 ° C, данные и прогнозы моделей для нескольких коронавирусов, собранные Цзян и др. ²⁹ , распространяются на температуры 120 ° C и подтверждают кинетику, принятую в этот анализ, как показано на рисунке S1.

2.3 Массообмен

Одномерная модель реакции-конвекции-диффузии использовалась для анализа концентрации вируса и углекислого газа внутри области, которая распространяется через маску от рта до объемного воздуха.Управляющее уравнение для этой системы выглядит следующим образом ³⁰ : (4) где x — положение, t — время, а D _e — коэффициент дисперсии.

Коэффициент дисперсии вируса, перемещающегося внутри маски, оценивается как 5 × 10 ⁵ м ² / с, взятый из экспериментальных оценок дисперсии, возникающей в результате потока жидкости через насадочную колонну с сетчатым экраном. ³¹ Предполагается, что концентрация вируса в выдыхаемом воздухе равна нулю, а концентрация вируса в основной массе установлена ​​на произвольное значение C ₀ .Во время вдоха применяются граничные условия Неймана у рта и граничные условия Данквертса на краю маски; эти условия переключаются на выдох. ^{32, 33} Уравнения с частными производными внутри области одномерной маски были решены в MATLAB с использованием функции pdepe для получения профилей концентрации вируса, концентрации CO ₂ и температуры во время вдоха и выдоха.

2,4 Теплопередача

Распределение температуры регулируется уравнением, аналогичным уравнению концентрационных профилей.PDE температуры и концентрации не связаны: профиль температуры определяет профили концентрации, но профили концентрации не влияют на профиль температуры из-за незначительной теплоты реакции. Предполагается, что маска содержит пористую медную сетку, которая нагревается джоулевым нагревом, вызывая термическую инактивацию вируса, а также замедляя перенос вируса. Предполагается быстрое тепловое равновесие между сетчатой ​​насадкой и воздухом, в то время как радиационная теплопередача, работа, выполняемая за счет изменения давления, и вязкая диссипация не учитываются. ³⁴ Проверка приближения теплового равновесия включена во вспомогательную информацию. При этих упрощениях основное уравнение теплового распределения внутри маски, содержащей твердую и жидкую фазы, выглядит следующим образом: (5) (6) (7) (8) (9) Индексы s и f относятся к твердой фазе (например, медная сетка) и жидкой фазе (например, к воздуху, содержащему вирусы), соответственно. c — удельная теплоемкость меди и принимается равной 400 Вт м · K ⁻¹ , c _p — удельная теплоемкость при постоянном давлении жидкости и принимается как 1020 Дж · кг ⁻¹ K ⁻¹ , U ₀ — приведенная скорость жидкости, k _м — эффективная теплопроводность, q — выработка тепла на единицу объема, Вт — приложенная электрическая мощность, A _c — площадь проходного сечения маски, L — длина маски, P _м — периметр, T _{окружающая среда} — температура окружающей среды, принятая как 20 ° C, ч. _eff — эффективный коэффициент теплопередачи, h _f — коэффициент теплопередачи свободной конвекции для воздуха на внешней поверхности маски и принимается равным 2 Вт · м ⁻² K ⁻¹ и L _ins и k _ins — это толщина и теплопроводность изоляционного материала, который мы для сравнения предполагаем неопреном и 0.Толщина 3 см. Пористость сетки φ принята постоянной 0,9. Во время вдоха граничное условие Неймана для оттока применяется ко рту, а граничное условие Данквертса — на краю маски. ^{32, 33} Во время выдоха граничные условия меняются местами: (10) (11) (12) (13)

Физически говоря, тепло, передаваемое на внешнюю поверхность маски, предварительно нагревает холодный воздух, который поступает в маску при вдохе (уравнение 10) при выдохе, выдыхаемый воздух также нагревается из-за теплопередачи на границе раздела маска-рот ( Уравнение 12).Температура воздуха, поступающего в маску, принимается равной 20 ° C, а температура выдыхаемого воздуха — 37 ° C.

2,5 Вирусный импеданс

Вирус в маске подвергается термической инактивации, но ему также препятствует пористая сетка, как и в других масках, которые действуют исключительно путем фильтрации. Для прогнозирования переноса и удержания частиц в пористой среде были разработаны многочисленные математические модели с использованием макроскопических или микроскопических подходов. ^{35, 36} Макроскопические методы используют уравнение переноса частиц в сплошной среде: (14) в котором Λ — коэффициент фильтрации, который связан со многими параметрами, включая структуру пор, гранулометрический состав и взаимодействия частицы с поверхностью, которые определяют адсорбцию и высвобождение частиц на / с поверхности. Теоретический расчет Λ очень сложен, поэтому его значение обычно определяется экспериментально. ^37-39 С другой стороны, микроскопические подходы исследуют удерживание частиц в масштабе пор, используя прямые модели, такие как CFD-DEM6 или, в последнее время, моделирование сети пор. ^40-43 Моделирование сети пор начинается с баланса сил на отдельной частице, с учетом гидродинамического сопротивления, объемной силы, электростатической силы, силы Ван-дер-Ваальса и силы инерции и соотнесения скорости частицы со скоростью жидкости: (15) где U _p — скорость частицы, F _B — объемная сила, F _E — электростатическая сила, а F _V — сила Ван-дер-Ваальса . Оценки для каждого члена силы могут быть получены из потенциалов частиц и поверхности.В дополнение к адвекции, броуновская диффузия вируса также должна быть включена в его микроскопический транспортный состав. Кроме того, удерживание частиц в пористой сетке происходит за счет адсорбции частиц и связывания с сеткой. Каждый из этих шагов можно объяснить комбинацией явлений, включая гравитационное осаждение, броуновское движение и поверхностные силы. В конце концов, эти одночастичные уравнения необходимо применить к взаимосвязанной сети пор и каналов. ⁴⁴ В отсутствие экспериментально измеренного коэффициента фильтрации и других параметров для SARS-CoV-2 и во избежание сложного моделирования поровой сети необходимо использовать простую модель, связывающую скорость вируса с объемной скоростью воздуха.Мы представляем простую модель вирусного импеданса в маске, где вирус подвержен замедлению в соответствии с коэффициентом распределения K _p , как показано ниже: (16) В этом случае U _vir — это эффективная скорость вируса, а U — объемная скорость воздуха. Вирусный импеданс возникает из-за того, что вирусные частицы адсорбируются на медной сетке и десорбируются с медной сетки в двух процессах первого порядка. Коэффициент распределения K _p можно определить как отношение этих двух коэффициентов: (17) где k _ad — константа скорости адсорбции вируса, а k _des — константа скорости десорбции вируса.Показатели эффективности маски, включая инактивацию вирусов и концентрацию CO ₂ , можно рассчитать как функцию объема маски, средней температуры и коэффициента распределения K _p .

3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

3.1 Дизайн маски

Уравнения (4) и (5), которые определяют температуру, концентрацию вируса и концентрацию CO ₂ в маске как функцию положения и времени, были решены в MATLAB с использованием функции pdepe .Зависящий от времени вирус, CO ₂ и температурные профили для маски объемом 300 мл, работающей при средней температуре 90 ° C, показаны на рисунке 2, с вдохом на рисунке 2A – C и выдохом на рисунке 2D – F. Граничные условия, как описано выше, фиксируют концентрации вируса и CO ₂ на границе раздела маска-воздух ( x = 0) и на границе раздела маска-рот ( x = л ) во время вдоха и выдоха, в в соответствии с системой координат, представленной на Рисунке 1С.Концентрация CO ₂ в выдыхаемом воздухе была зафиксирована на границе раздела маска-рот на уровне 3,8%, в то время как концентрация CO ₂ в объеме воздуха практически равна нулю. Во время ингаляции, как показано на рисунке 2А, ​​вирус вдыхается, но не достигает границы раздела маска-рот из-за вирусного импеданса и термической инактивации. Подавляющее большинство неинактивированного вируса выдыхается, как показано на Рисунке 2D. CO ₂ , напротив, транспортируется быстрее и не подвергается термической инактивации. Воздух с почти нулевой концентрацией CO ₂ вдыхается на Рисунке 2B, в то время как воздух с высокой концентрацией CO ₂ выдыхается на Рисунке 2E и транспортируется через маску к массе.Для этой конструкции средняя температура 80 ° C, как показано на рис. 2C, F, достигается при потребляемой мощности 18,89 Вт. Профили концентрации и температуры для возможных конструкций с различными объемами и температурами аналогичны показанным профилям.

Концентрация вируса, концентрация CO ₂ и температура меняются в зависимости от положения и времени в течение одного 5-секундного цикла вдоха (A, B, C) и выдоха (D, E, F) в модели одномерной маски. Маска простирается от объема воздуха ( x = 0) до рта ( x = 1).В этом случае объем маски составляет 0,3 л, соотношение сторон — 3, коэффициент разделения ( K _p ) — 2, а мощность — 18,89 Вт, при средней температуре 90 ° C. (A) Во время ингаляции вирус тормозится и инактивируется и обычно не переносится из массы в рот. (B) Во время вдыхания вдыхается воздух с низкой концентрацией CO ₂ . (C) Средняя температура при вдыхании составляет 90 ° C с небольшими отклонениями. (D) Во время выдоха активный вирус в маске обычно переносится обратно в основную массу.(E) Во время выдоха CO ₂ переносится изо рта через маску. (F) Средняя температура во время выдоха составляет 90 ° C, с небольшими отклонениями [Цветную диаграмму можно посмотреть на сайте wileyonlinelibrary.com]

Потребляемая мощность, средняя вдыхаемая концентрация CO ₂ и логарифм вирусной инактивации показаны на рисунке 3 для масок объемом от 0,1 до 1 л, рабочих температур от 40 до 140 ° C и K _p в диапазоне от 0 до 10.Требования к мощности варьируются от 3,79 Вт для маски 0,1 л при 40 ° C до 52,96 Вт для маски 1 л при 140 ° C. Концентрация CO ₂ , как и ожидалось, не зависит от температуры, но сильно зависит от объема маски. Учитывая плохое перемешивание в маске, объем маски должен быть меньше дыхательного объема человека (500 мл), чтобы достичь неопасной концентрации CO ₂ . ⁴⁵ Сравнивая логарифм ₁₀ снижения вируса при низкой температуре с показателем при высокой температуре на фиг. 3, эффект термической инактивации можно отличить от эффекта фильтрации.Это явно показано на рисунке S2, на котором рассчитывается отношение log ₁₀ снижения вируса к такому же при низкой температуре в зависимости от температуры и объема маски. Термическая инактивация оказывает заметное влияние на перенос SARS-CoV-2 при температурах выше 80 ° C.

(A) Требуемая мощность в установившемся режиме в зависимости от объема маски и рабочей температуры. Требования к мощности варьируются от 3,79 Вт для маски 0,1 л при 40 ° C до 52,96 Вт для маски 1 л при 140 ° C.(B) Концентрация вдыхаемого CO ₂ , усредненная за цикл дыхания. Концентрация CO ₂ увеличивается с увеличением объема маски, но не зависит от рабочей температуры. (C – F) log ₁₀ вирусная инактивация как функция объема маски и средней рабочей температуры. Результаты нанесены на график для нескольких значений коэффициента разделения, K _p , который фиксирует импеданс вируса в пористой сетке маски, с K _p = 0, что указывает на то, что вирус переносится с той же скоростью, что и воздух в маска, в то время как K _p ≫ 1 указывает на существенное замедление вирусных частиц относительно воздуха [Цветной рисунок можно посмотреть в wileyonlinelibrary.com]

Эффективность нагретых масок по достижению заданного логарифмического снижения SARS-CoV-2 представлена ​​на рисунке 4. Требуемая рабочая температура для индуцирования заданной инактивации вирусной нагрузки нанесена на график как функция объема маски для диапазона значений коэффициента распределения. К _с . Показаны два порога инактивации вирусов: 3-логарифмическое, или тысячекратное снижение концентрации вдыхаемого вируса, и 6-логарифмическое, или миллионное снижение концентрации вдыхаемого вируса.В целом сокращение на 6 логарифмов является стандартом для стерилизации. ⁴⁶ Во всех случаях соотношение сторон маски, определяемое как отношение длины маски к среднему геометрическому размерам поперечного сечения, было установлено равным 3.

(A) Объем маски и рабочая температура, необходимые для достижения 3-кратного снижения концентрации SARS-CoV-2 с помощью нагретой маски. Результаты представлены в виде функции коэффициента распределения, K _p , который фиксирует импеданс вируса в пористой сетке маски, при этом K _p = 0 указывает на то, что вирус переносится с той же скоростью, что и воздух в маска, а K _p ≫ 1 указывает на существенное замедление вирусных частиц относительно воздуха.Снижение количества вдыхаемого вируса на 3 логарифма может быть достигнуто в масках объемом менее 0,4 л при температуре ниже 100 ° C, если в маске присутствует небольшой вирусный импеданс ( K _p > 1). (B) Объем маски и рабочая температура, необходимые для достижения 6-кратного снижения или стерилизации концентрации SARS-CoV-2 с помощью нагретой маски. Снижение количества вдыхаемого вируса на 6 логарифмов может быть достигнуто в масках объемом менее 0,4 л при температуре ниже 100 ° C с умеренным вирусным импедансом в маске ( K _p > 2) [Цветную диаграмму можно посмотреть на wileyonlinelibrary .com]

3-кратное снижение количества вирусов может быть достигнуто в компактной маске (<0,5 л) при разумной рабочей температуре (<100 ° C), если перенос вирусов в маске умеренно затруднен ( K _p > 1), как показано на рисунке 4A. 6-логарифмическое снижение количества вирусов может быть достигнуто при тех же ограничениях по объему и температуре с немного более высоким сопротивлением вирусу в маске ( K _p > 2), как показано на рисунке 4B. Без вирусного импеданса, где K _p = 0, температуры, превышающие 100 ° C, или объемы, приближающиеся к 1 л, необходимы для достижения 3-логарифмического снижения вирусного сопротивления, в то время как температуры, превышающие 100 ° C, и объемы, превышающие 1 л, требуются для достижения 6 -логарифмическое снижение вирусности.Случай отсутствия вирусного импеданса представляет собой наихудший сценарий для функции маски, поскольку любой разумный дизайн сетки будет в некоторой степени сочетать термическую инактивацию с фильтрацией и импедансом частиц.

На Рисунке 4 видны два режима: при низких температурах, ниже 90 ° C, уменьшение вирусного заражения происходит в основном за счет вирусного импеданса. Вертикальные линии в этом диапазоне показывают, что существует небольшая температурная зависимость с большими различиями в требуемом объеме для разных уровней K _p .Напротив, при высоких температурах, превышающих 90 ° C, уменьшение количества вирусов в значительной степени или полностью связано с термической инактивацией. Перегиб и сглаживание кривых в этом диапазоне показывают, что степень снижения вирусной нагрузки существенно зависит от температуры выше 90 ° C, но в меньшей степени зависит от вирусного импеданса, с небольшими различиями в требуемом объеме для разных уровней K _p . При высоких температурах вирус термически инактивируется так быстро, что уменьшение количества вирусов, полученное для более низких и более высоких значений K _p , становится почти идентичным.Хотя это очень многообещающе для вирусной инактивации, работа при температурах выше 100 ° C создает проблемы с точки зрения энергопотребления и безопасности человека. В общем, наличие этих двух областей и переход между ними предполагает компромисс между объемом нагретой маски и температурой нагретой маски. Маленькая горячая маска может обеспечить такой же уровень вирусной инактивации, как большая и холодная маска. Вторичный компромисс, однако, заключается в уровнях CO ₂ и комфорте пользователя; Маленькая маска позволяет снизить уровень CO ₂ во время ингаляции, в то время как большая маска может работать при более умеренных температурах.

Оптимальный дизайн маски расположен в точке изгиба кривых на рис. 4A, B. Этот объем и температура позволят максимально использовать как термическую инактивацию, так и традиционную фильтрацию, чтобы уменьшить перенос вирусов и обеспечить безопасность пользователя маски и окружающих. Объем маски также определяет концентрацию CO ₂ : объем маски ниже дыхательного объема 500 мл необходим, чтобы обеспечить транспортировку CO ₂ в количестве, достаточном для комфортного дыхания.Исходя из этих критериев, мы выбираем маску объемом 300 мл и рабочей температурой 90 ° C. Визуализация маски объемом 300 мл, показывающая внутреннюю часть пористой медной сетки, изоляцию из неопрена толщиной 0,3 см, два отверстия для впуска воздуха по бокам маски и выпускное отверстие для носа и рта, показаны на рис. 1A, B. Неопреновая изоляция составляет большую часть маски массой 350 г без батареек, а общая масса — 600 г с батареями. Полная информация о предлагаемой конструкции собрана в Таблице S1.

3.2 Режимы работы маски

По аналогии с химическими реакторами с обратным потоком, ⁹ пространство конструкции маски может быть разделено на отдельные режимы с качественными различиями в характеристиках, как показано на рисунке 5. Эти четыре режима характеризуются двумя безразмерными группами: число дисперсии (Di) и уменьшенная громкость (). Уменьшенный объем — это отношение объема маски к дыхательному объему дыхания; в случае реактора с обратным потоком это отношение времени пребывания к времени переключения: (18) Число дисперсии отражает дисперсию реагентов в реакторе.Реактор с Di 1 будет вести себя как реактор с мешалкой, а реактор с Di 1 будет вести себя как реактор с поршневым потоком: (19) В этом случае предел, как показано на рисунке 5A, имеет большой объем маски и плохо перемешан. Хотя это означает, что вирус не переносится из массы в рот, это также не позволяет транспортировать CO ₂ наружу. Мы можем назвать это пределом для пластиковых пакетов , и он не подходит для защитной маски для лица.Существует резкая бифуркация, за которой находится режим, как показано на рисунке 5B. В этом режиме объем маски небольшой, но плохо перемешанный, что приводит к почти полному выводу CO ₂ из маски в конце выдоха. Этот предел соломинок является многообещающим для нагретой маски при условии, что термическая инактивация вируса будет достаточно быстрой. В хорошо перемешанном пределе с Di 1 нет сильной качественной разницы при. Эти случаи показаны на Рисунке 5C, D.Как в маленькой маске (Рисунок 5C), так и в большой маске (Рисунок 5D) высокий уровень смешения означает, что практически отсутствуют пространственные градиенты в концентрации вируса и CO ₂ , но есть сильные временные градиенты во время цикла дыхания. В этих случаях концентрация вируса максимальна после вдоха, а концентрация CO ₂ максимальна после выдоха. По аналогии с химическими реакторами с обратным потоком, поведение нагретой маски можно разделить на различные режимы в зависимости от числа дисперсии Di и приведенного объема.(A) Низкий Di, высокий предел («предел для пластиковых пакетов») не позволяет вирусу достигать рта, но не обеспечивает адекватной вентиляции. (B) Низкий Di, нижний предел («предел соломинок») обеспечивает вентиляцию, но может допускать ингаляцию вируса в зависимости от степени инактивации вируса. Это наиболее перспективный режим. (C) Большой, хорошо перемешанный предел. Вирус и CO ₂ хорошо перемешаны в объеме маски независимо от объема. (D) Небольшой, хорошо перемешанный предел. При высоком Di нет бифуркации, поэтому маленький, хорошо перемешанный предел демонстрирует качественно такое же поведение, как большой, хорошо перемешанный предел, с временными колебаниями содержания вируса и концентрации CO ₂ во время цикла дыхания, но почти нулевым пространственным градиенты концентрации [Цветную диаграмму можно посмотреть в wileyonlinelibrary.com]

Учитывая скорость дыхания человека и коэффициенты дисперсии воздуха в пористой среде, число дисперсии в предлагаемых конструкциях масок, вероятно, будет небольшим независимо от точного объема маски и рабочей температуры, поэтому хорошо смешанные случаи с Di ≫ 1 физически не актуальны. Тем не менее, важно сопоставить проблему проектирования нагретых масок с этими режимами реверсивного транспорта реактора. В общем смысле мы можем видеть, что идеальная нагретая маска будет препятствовать переносу вируса, но не переносу CO ₂ , сочетая фильтрацию и термическую инактивацию, чтобы действовать в пределах « пластиковый мешок » в отношении вирусных частиц, но не « соломинка ». ”Предел в сторону выдыхаемого CO ₂ .

3.3 Падение давления и вирусный импеданс

Успех предлагаемой маски в инактивации SARS-CoV-2 основан на достижении вирусного импеданса, зафиксированного с помощью K _p , без превышения максимального падения давления. Структура и прочность сетки маски критически важны для обоих критериев. В частности, ограничение перепада давления определяет минимальный размер ячейки для данного объема маски, в то время как размер ячейки определяет ожидаемое значение вирусного импеданса, K _p .Как показано на рис. 6A, B, наш анализ показывает, что в 300-миллилитровой маске с плотностью 0,1 и медной сетке диаметром 0,1 мм, вероятно, можно будет достичь значения вирусного импеданса K _p = 2. Это подтверждает вывод о том, что предложенная нами маска объемом 300 мл при рабочей температуре 90 ° C может вызвать 3-логарифмическое снижение вирусной концентрации.

(A) Минимально допустимый диаметр ячейки в зависимости от объема маски и площади поперечного сечения.Пороговый диаметр ячейки вызывает падение давления 60 Па · л ^-1 / с при максимальной скорости потока дыхания 0,4 литра в секунду. Плотность сетки установлена ​​на 0,1, с шагом проволоки, равным 3,2 диаметра проволоки. Более грубые сетки требуются в более крупных масках, чтобы соответствовать ограничению падения давления, тогда как сетки с более высокой площадью поперечного сечения (и более низким соотношением сторон) могут допускать более мелкие сетки без превышения максимального перепада давления. В случае окончательной конструкции корпус объемом 300 мл и площадью поперечного сечения 50 см ² , размер ячейки 0.1 мм — идеальный вариант. (B) Максимально достижимый коэффициент разделения, K _p , как функция объема маски и площади поперечного сечения. Коэффициент распределения рассчитывается как отношение скорости адсорбции к скорости десорбции, где k _ad рассчитывается на основе эффективности волокна, в то время как консервативное значение k _des = 1 s ^-1 равно предполагается. Вероятно, что маска объемом 300 мл и соотношением сторон 3 может достичь K _p 2, что позволяет снизить перенос SARS-CoV-2 на 3 логарифма.(C) Энергозатратность маски на 300 мл в зависимости от средней температуры. Энергопотребление за заданный промежуток времени сравнивается с общим объемом питания стандартных коммерческих батарей, которые имеют следующие мощности и вес ⁴⁷ : AAA, 1,87 Вт · ч и 12 г; AA, 3,9 Вт · ч и 24 г; C, 12,3 Вт / ч и 65 г; D, 31,5 Вт / ч и 135 г; и J, 540 Вт / ч и 272 г [Цветную диаграмму можно посмотреть на сайте wileyonlinelibrary.com] Что касается падения давления, мы установили верхний предел 60 Па · л ^-1 / с при максимальном расходе, консервативный нижний порог для заметного сопротивления на вдохе. ^{48, 49} Возьмем внутреннюю часть маски, которая будет заполнена сеткой, состоящей из уложенных друг на друга сеток из поперечно переплетенных волокон. Сетка определяется двумя переменными — диаметром волокна d _w и расстоянием между волокнами s _w — где расстояние между уложенными друг на друга экранами принимается равным этому расстоянию между волокнами, как показано на рисунке S2. Падение давления на одном слое сетчатого экрана при колебательном потоке прогнозируется на основе эмпирической корреляции ⁵⁰ : (20) где ρ — плотность жидкости, U _max максимальная приведенная скорость во время колебательного цикла потока, а Re _d — число Рейнольдса, основанное на диаметре проволоки.Плотность экрана α определяется как дополнение пористости сетки. Для указанной геометрии прочность одиночного экрана равна: (21) Средняя прочность уложенных друг на друга волоконных экранов определяется как: (22)

Падение давления более чем на одной ячейке — в данном случае по пористой внутренней части маски — масштабируется линейно с количеством имеющихся сеток экранов и, таким образом, линейно масштабируется с длиной. ⁵¹ При плотности сетки 0,1 минимальный диаметр проволоки до нарушения ограничения перепада давления для конструкции маски с некоторым объемом и площадью поперечного сечения показан на рисунке 6A.

Учитывая диаметр проволоки 0,1 мм, вполне вероятно, что может быть достигнут коэффициент распределения K _p = 2, который требуется для достижения 3-логарифмического снижения концентрации вируса. Максимальное значение коэффициента разделения, K _p , показано как функция диаметра провода и площади поперечного сечения на рисунке 6B.Это прогнозируемое значение зависит от оценок как скорости адсорбции, k _адс , так и скорости десорбции, k _des . Скорость адсорбции можно рассчитать, как показано ниже: (23) где η _f — КПД одного волокна. Захваченные частицы удерживаются силами Ван-дер-Ваальса, ⁵² , но механизм, с помощью которого они вступают в контакт с фильтрующим материалом, зависит от фильтра и геометрии частиц. Для частиц коронавируса диаметром примерно 100 нм доминирующим механизмом захвата является броуновская диффузия. ⁵³ Управляющим параметром для этого диффузионного механизма является число Пекле, определяемое как отношение скорости конвективного переноса к диффузионному: (24) где d _w — диаметр волокна фильтра, а D — коэффициент диффузии частицы. Эффективность отдельного волокна из-за диффузии получается из соответствующей корреляции, такой как предложенная Ван и др. ⁵⁴ : (25) Коэффициент диффузии частицы получается из уравнения Стокса-Эйнштейна: (26) где k _B T — произведение постоянной Больцмана и температуры, μ — динамическая вязкость жидкости, d _p диаметр частицы и C _s поправочный коэффициент скольжения Каннингема: (27) где K _n — число Кнудсена частицы, определяемое как: (28) где λ — длина свободного пробега молекулы газа в жидкости.Для воздуха и в предположении идеальности длина свободного пробега получается из следующей корреляции: (29) где R — газовая постоянная, — диаметр азота, преобладающие молекулярные частицы в воздухе, N _A — число Авогадро, а P — давление.

Скорость десорбции, напротив, менее известна, поэтому в наших расчетах мы принимаем консервативное значение k _des = 1 с ⁻¹ .Скорость десорбции, вероятно, можно регулировать различными механизмами. Один из подходов к настройке скорости десорбции захваченных частиц включает использование естественного колебательного потока внутри маски. Импульсный поток воздуха может эффективно вызывать десорбцию частиц и используется в промышленности для очистки поверхностей от мусора. ^{47, 55} Механическое воздействие сетки может активно управлять десорбцией частиц, ⁵⁶ , где также возможно оптическое ⁵⁷ и пневматическое ⁵⁸ приведение в действие этих структур.Таким же образом можно использовать приложенные электрические поля. Приложение электрического поля к проводящей сетке может вызвать электростатическую десорбционную силу. ⁵⁹ Этот принцип был успешно применен к биологическим фильтрационным мембранам с непрерывно приложенным электрическим полем, ⁶⁰ , а также с импульсными электрическими полями для удаления микробного загрязнения поверхности. ⁶¹

Учитывая эти оценки скорости адсорбции и десорбции, коэффициент распределения K _p , равный 2, достижим для маски объемом 300 мл с 0.Сетка 1 мм для маски с площадью поперечного сечения 50 см ² , как показано на рисунке 6B. Таким образом, из этого анализа скоростей и механизмов адсорбции и десорбции мы видим, что необходимый вирусный импеданс, вероятно, достижим в рамках ограничений перепада давления и объема процесса проектирования, даже если площадь поперечного сечения 50 см ² фиксирует другое соотношение сторон (AR = 0,85), чем указанное соотношение сторон 3. Как правило, существует компромисс между объемом маски и достижимым вирусным импедансом.Достижимое значение K _p сильно зависит от площади поперечного сечения маски. Меньшая площадь поперечного сечения обеспечивает более высокие приведенные скорости потока, что приводит к большему значению константы скорости адсорбции. Однако эти более высокие скорости также вызывают большой перепад давления и ограничивают максимальный объем сетки. Таким образом, при данной температуре маска меньшего объема с большим значением K _p может быть в равной степени способна достичь желаемого снижения вирусной нагрузки, как и большая маска с более низким значением K _p — где в конечном итоге В целом предпочтительным вариантом будет меньший объем маски из-за меньшего энергопотребления и меньшего профиля.

3.4 Отопление и безопасность

Для нагрева маски требуется постоянная подача электроэнергии для поддержания заданной температуры. Включение источника питания в любую конструкцию маски требует рассмотрения и компромисса между продолжительностью источника питания и объемом и весом, которые он добавляет к конструкции. На рис. 6С показан источник питания, необходимый для маски объемом 300 мл в диапазоне заданных температур. Эта потребность в энергии сравнивается с емкостью стандартных потребительских батарей.Для умеренно нагретой маски до 90 ° C для работы в течение часа требуется 19,5 Втч, которые можно обеспечить от двух батареек C (всего 130 г), шести батареек AA (всего 120 г) или 12 батареек AAA (всего 108 г). . Из-за значительных требований к батарее ожидается, что маска с подогревом может использоваться в течение относительно коротких (<1 ч) периодов в особо загруженных местах, хотя требования к мощности могут быть значительно снижены за счет улучшений интеграции тепла внутри маски и теплоизоляции. к окружающему воздуху.Кроме того, вместо одноразовых батарей можно использовать перезаряжаемые батареи или аккумуляторные батареи, чтобы обеспечить более дешевый и долговременный способ питания маски.

Что касается безопасности маски, то постоянное вдыхание и воздействие нагретого воздуха и нагревательных элементов являются вопросами общего комфорта и безопасности любой конструкции маски с подогревом. Соответствующая изоляция необходима для ограничения температуры поверхности маски — на лице или снаружи — а также для минимизации потерь тепла.Неопрен с низкой плотностью, но с высокой теплоизоляцией — это хорошо подходящий материал, из которого может быть изготовлена ​​маска. Ультраизолирующий неопрен с теплопроводностью всего 0,03 Вт · м ^-1 K ^-1 был недавно создан путем включения инертных газов в неопреновую пену. ⁶² Кроме того, неопрен является термостойким до температур 135 ° C, ⁶³ , что делает его идеальным материалом для использования в высокотемпературных областях маски.

Сведение к минимуму температуры поступающего воздуха, который попадает на лицо и вдыхается, также необходимо для создания безопасной и удобной маски.Было доказано, что постоянное вдыхание воздуха при температуре выше 125 ° F (52 ° C) болезненно для человека. ⁶⁴ Соответственно, любая конструкция маски должна включать в себя систему для надлежащего охлаждения воздуха перед вдохом. Снижение температуры вдыхаемого воздуха может быть достигнуто за счет включения материалов с низкой температуропроводностью на входе и выходе из нагретой камеры, при соблюдении ограничений по общему перепаду давления для комфорта пользователя, носящего маску. Области маски, содержащие эти тепловые массы, не будут активно нагреваться, а вместо этого сохранят тепловую энергию нагретого воздуха, охлаждая его перед выходом из маски.Этот тип теплового расчета обсуждается во вспомогательной информации. В частности, для маски объемом 300 мл, нагретой до средней температуры 90 ° C, потребление электроэнергии может быть уменьшено с 19,5 до 8,8 Вт.

3.5 Дальнейшие улучшения

Помимо тепловой вирусной инактивации существуют механизмы, которые могут еще больше улучшить дизайн маски. Покрытие сетки слоем металла, такого как медь или железо, которые, как было показано, широко инактивируют вирусы и бактерии, ^{65, 66} может улучшить характеристики маски.Антипатогенные полимерные покрытия ⁶⁷ или неполимерные покрытия ⁶⁸ также могут увеличивать скорость инактивации адсорбированных патогенов. Физическое формирование рисунка на микромасштабе или наномасштабе также может привести к увеличению скорости инактивации, ^{69, 70} , как и включение ультрафиолетового света ⁷¹ с должной осторожностью в отношении опасности озона для здоровья человека. ⁷²

Длительный срок службы разработанной маски зависит от ее постоянной способности инактивировать и адсорбировать вирусные частицы.Использование небольшого промежутка между проволоками внутри сетки минимизирует возможность более крупных частиц, таких как пыль или другой мусор, который может достигать 100 микрон в диаметре, слипаться или блокировать отдельные поры на фильтре. ⁷³ Цикличность дыхания также представляет собой естественный механизм очистки фильтра. Выдох, когда поток внутри маски меняет направление на обратное, промывает фильтрующую среду, потенциально высвобождая и удаляя любые присутствующие частицы загрязняющих веществ. ⁷⁴ В общем, необходимо позаботиться о разработке системы, которая способна удерживать, инактивировать, а затем выделять этот инактивированный патоген, представляющий интерес, без необратимого захвата других загрязняющих веществ.В случае, когда необходима периодическая замена сетчатого материала внутри маски, предпочтение отдается более дешевому и менее сложному сетчатому материалу. Мы ожидаем, что нагретая маска будет сохранять свою форму и относительную стерильность с течением времени, что позволяет использовать ее больше, чем респиратор N95. В то время как респиратор N95 можно использовать повторно лишь несколько раз, прежде чем пригонка ухудшится, ⁷⁵ более тяжелая, толстая и более прочная нагретая маска, вероятно, сохранит свои характеристики лучше при повторном использовании.Мы ожидаем, что гибкость неопрена позволит нагретой маске сохранять свое удобное положение лучше, чем вентилятор N95, при надевании и снятии. Кроме того, нагретая маска с меньшей вероятностью может быть загрязнена между использованием, что требует меньшего количества процедур дезинфекции, которые снижают эффективность N95. ⁷⁶ Требуется экспериментальная проверка нагретой маски из неопрена / меди, чтобы подтвердить ее непрерывную работу с течением времени.

4 ВЫВОДЫ

Мы провели компьютерный анализ эффективности лицевой маски с подогревом для термической инактивации нового коронавируса SARS-CoV-2.Это первый количественный анализ очистки воздуха маски путем термической инактивации возбудителя. Соответствующие варианты конструкции нагретой маски включают объем маски, рабочую температуру, соотношение сторон, а также диаметр и расстояние между волокнами внутри маски. Параметры, которые нельзя изменить или которые следуют из вышеприведенных вариантов дизайна, включают дыхательный объем и частоту дыхания человека, кинетику инактивации коронавируса, пределы комфорта и безопасности человека, требования к мощности и степень, в которой частицы задерживаются внутри маска, моделируемая коэффициентом разделения K _p .

Мы представили основу для учета этих факторов при оптимизации конструкции маски с оптимальным объемом маски 300 мл при рабочей температуре 90 ° C. Эта маска может обеспечить 3-логарифмическое снижение концентрации вируса с K _p = 2 или 6-кратное снижение концентрации вируса с K _p = 5. Эти значения коэффициента разделения, вероятно, могут быть достигнуты. без чрезмерного перепада давления в медной сетке с диаметром проволоки примерно 0.6 мм. В общем, мы отмечаем компромисс между температурой маски и объемом; зависимость максимального объема маски от материала сетки и расстояния от ограничения перепада давления; и наличие различных режимов в конструкции нагретых масок, которые мы называем ограничениями из полиэтиленового пакета, соломки и хорошо перемешанного, на основе различных безразмерных групп по аналогии с химическими реакторами с обратным потоком. Учитывая физические ограничения и пределы безопасности, нагретые маски являются многообещающим вариантом защиты от передачи COVID-19 в сочетании с термоэлектрическим охлаждением и теплоизоляционными материалами вкладыша.Дальнейшая работа, включая экспериментальные исследования с прототипами нагретых масок или более обширное трехмерное вычислительное моделирование гидродинамики, прольет больше света на точный объем, температуру и размер ячеек, которые являются наиболее многообещающими для проектирования нагретых масок, а также на материалы и системы батарей. которые наиболее способны обеспечить целевую вирусную инактивацию.

БЛАГОДАРНОСТИ

Авторы выражают признательность Управлению военно-морских исследований (ONR) при награждении N00014-16-1-2144 за их поддержку в анализе конструкции тепловых материалов.Сэмюэл Фаучер и Дэниел Джеймс Лундберг выражают признательность за поддержку Научно-исследовательской стипендии Национального научного фонда в рамках гранта № 1122374 и гранта № 1745302 соответственно.

ВЗНОС АВТОРА

Сэмюэл Фаучер: Расследование; написание-оригинал черновика; написание-рецензирование и редактирование. Даниэль Лундберг: Расследование; написание оригинального черновика; написание-рецензирование и редактирование. Синьяо Лян: расследование ; написание оригинального черновика; написание-рецензирование и редактирование. Сяоцзя Цзинь: расследование ; написание оригинального черновика. Розали Филлипс: Визуализация. Дорса Парвиз: Расследование; написание оригинального черновика. Jacopo Buongiorno: Администрация проекта; надзор. Майкл Страна: Администрация проекта; надзор.

Нетканые материалы для вставок тканевых масок: взаимосвязь между свойствами материала и субмикронной фильтрацией аэрозолей

Текущие рекомендации ведущих агентств общественного здравоохранения рекомендуют носить трехслойную маску на тканевой основе со вставкой из нетканого материала по центру, чтобы уменьшить передачу инфекционных респираторных вирусов, таких как SARS-CoV-2.В этой работе мы исследуем характеристики материалов для ряда легкодоступных нетканых материалов и их субмикронную эффективность фильтрации частиц (PFE) с целью предоставления основанных на фактических данных рекомендаций по выбору подходящих материалов в качестве вставок в тканевых масках. . Мы наблюдали широкий спектр идеальных PFE для протестированных нетканых материалов, включая полипропилен, Swiffer и смесь вискозы и полиэстера, обеспечивающих наивысший PFE и воздухопроницаемость. Наши результаты показывают, что материалы, содержащие рыхлые трехмерные волокнистые полотна ( e.грамм. фланель, Swiffer и марля) продемонстрировали повышенную эффективность фильтрации по сравнению со сжатыми аналогами. Также были исследованы общие модификации тканей, такие как водостойкая обработка и прошитый шов. В целом, мы демонстрируем, что добавление подходящего нетканого материала в качестве вставного фильтра может значительно улучшить характеристики масок на тканевой основе, и существуют подходящие альтернативы полипропилену на основе целлюлозы.

Эта статья в открытом доступе

Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуйте снова?

Эффективность масок для уменьшения распространения COVID-19: модельный анализ

Фон: Всемирная организация здравоохранения и Центры США по контролю и профилактике заболеваний рекомендуют, чтобы как инфицированные, так и восприимчивые люди носили маски для лица для защиты от COVID-19.

Методы: Мы разрабатываем динамическую модель заболевания для оценки эффективности масок для снижения распространения COVID-19 во время начальной вспышки и более позднего повторения в зависимости от эффективности масок, охвата, сроков вмешательства и временного горизонта. Мы создаем экземпляр модели вспышки COVID-19 в Нью-Йорке с анализом чувствительности по ключевым параметрам естественной истории.

Полученные результаты: Во время начальной вспышки эпидемии, без социального дистанцирования, только 100% -ный охват масок с высокой эффективностью может снизить эффективное репродуктивное число Re ниже 1. Во время повторной вспышки, с пониженной скоростью передачи из-за мер социального дистанцирования, маски со средней эффективностью при 80 % покрытия может снизить Re ниже 1, но не может этого сделать, если люди ослабят усилия по социальному дистанцированию.Полный охват маски может значительно улучшить результаты во время возрождения: при социальном дистанцировании маски, по крайней мере, со средней эффективностью могут снизить Re ниже 1 и предотвратить почти все инфекции, даже при усталости от вмешательства. Для уровней охвата ниже 100% наибольший эффект дает приоритет масок, которые снижают риск заражения инфицированного человека, а не риск заражения восприимчивого человека.

Ограничения: Данные о передаче COVID-19 недостоверны, а эмпирические данные об эффективности масок ограничены.Наши анализы предполагают однородное смешивание, что дает верхнюю границу эффективности маски.

Выводы: Даже умеренно эффективные маски для лица могут сыграть роль в сокращении распространения COVID-19, особенно при полном охвате, но их следует сочетать с мерами социального дистанцирования, чтобы снизить Re ниже 1.