바이러스 및 박테리아 바이오에어로졸을 이용한 의료용 및 지역사회용 안면 마스크의 여과 효율성

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 7115(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

호흡기 바이러스나 박테리아의 공기 전염을 방지하기 위해 지역사회 환경에서는 안면 마스크를 착용하는 것이 권장되는 경우가 많습니다. 우리의 첫 번째 목표는 의료용 마스크의 여과 성능을 결정하는 데 사용되는 박테리아 여과 효율(BFE)의 표준 측정과 유사한 방법론을 사용하여 마스크의 바이러스 여과 효율(VFE)을 평가하기 위한 실험 벤치를 개발하는 것이었습니다. 그런 다음 여과 품질이 향상된 세 가지 범주의 마스크(커뮤니티 마스크 2종, 의료용 마스크 1종)를 사용하여 측정된 여과 성능은 BFE 61.4~98.8%, VFE 65.5~99.2% 범위였습니다. 박테리아와 바이러스 여과 효율 사이의 강한 상관관계(r = 0.983)는 모든 유형의 마스크와 2~3μm 범위의 동일한 물방울 크기에서 관찰되었습니다. 이 결과는 마스크 여과를 평가하기 위해 세균성 바이오에어로졸을 사용하는 EN14189:2019 표준의 관련성을 확인하고, 바이러스성 바이오에어로졸에 대한 여과 품질에 관계없이 마스크 성능을 추정합니다. 실제로 마스크의 여과 효율(마이크로미터 크기의 물방울 크기 및 낮은 바이오에어로졸 노출 시간의 경우)은 물방울에 포함된 감염원의 크기보다는 주로 공기 중의 물방울 크기에 따라 달라지는 것으로 보입니다.

에어로졸 입자의 전파는 호흡기 감염원 전파의 주요 경로 중 하나입니다. 이는 호흡, 기침, 대화, 노래, 재채기 등 에어로졸을 생성하는 호기 과정에서 방출되는 감염성 에어로졸로부터 병원성 미생물(박테리아 또는 바이러스)이 발생원에서 사람으로 이동하는 것으로 정의됩니다1. 예를 들어, 한 번의 재채기는 최대 40,000개의 에어로졸 입자를 방출할 수 있습니다2. 물리적 관점에서 볼 때, 에어로졸이라는 용어는 기체에 부유하고 상대적으로 낮은 침전 속도를 갖는 고체 또는 액체의 공기 중 입자의 이질적인 혼합물에 해당합니다3(즉, 일반적으로 공기 역학적 직경이 100μm보다 작은 공기 중 입자). 그러나 수십 년 동안의 의학 문헌에서는 직경 5μm보다 작은 "공기" 입자와 직경 5μm보다 큰 "물방울" 사이에 임의적으로 나타나는(에어로졸 과학자에게는 오해의 소지가 있는) 구별이 자주 발견되었습니다3. 전통적인 의학 용어에서 비롯된 는 때때로 소위 "공기 전파"와 "비말" 전파 사이에 과학적 근거 없는 용어 구분을 만들어냈습니다. 실제로 사람들이 에어로졸 입자(항상 역동적이고 일시적 현상)은 주로 병원체(체내 분비물 및 배설물)를 포함하는 물방울로 구성되며 크기에 관계없이 항상 액체 공기 중의 입자를 호흡합니다4.

따라서 물리적인 용어로 표현하자면, 호흡기 병원체의 전파는 두 경우 모두("공기 중" 및 "비말" 전파) 다양한 크기의 에어로졸 입자에 의해 이루어집니다5. 즉, 병원체 전파를 "공기 전파"로 부르든 "비말"로 부르든 모든 경우에 에어로졸에 의해서만 이루어질 수 있습니다. 그러나 전달 방식과 제어 조치는 에어로졸 입자의 물리적 특성(공간과 시간에 따른 공기역학적 직경 변화 포함)에 따라 달라질 수 있는 것이 사실입니다. 한편, 감염성 병원체가 주로 "비말"이라고 불리는 호흡기 에어로졸 입자를 빠르게 침전시켜 전파되는 경우, 1차 전염 통제 조치는 직접 접촉을 줄이고, 물리적 거리를 두거나 안면 마스크를 사용하는 것입니다. 한편, 전파가 주로 '공기 전파'라고 불리는 감염성 병원체의 경우 실내 환기, 공기 여과 등의 예방 조치가 필요하며, 실내에서는 언제나 마스크의 품질과 밀착성에 주의가 필요합니다.

또한, 입-코 덮개를 사용하면 공기 중 병원균(예: 인플루엔자, 결핵, 홍역, 코로나바이러스)에 의한 감염을 예방할 수 있다는 것이 잘 알려져 있습니다3. 따라서 현재 의료진, 전염성 환자, 경우에 따라 일반 대중의 호흡기 질환 전파를 예방하기 위해 안면 마스크 사용이 권장됩니다. 분명히 마스크를 사용하는 것이 없는 것보다 낫습니다. 특히 다른 사람을 보호한다는 측면에서는 더욱 그렇습니다. 마스크를 착용하면 마스크 착용자가 방출하는 바이러스 비말 중 상대적으로 많은 부분이 유지되므로 바이오에어로졸 방출에 대해 높은 수준의 보호가 제공됩니다. 마스크는 주로 호기 시 병원체가 함유된 마이크로미터 크기의 에어로졸 입자를 유지하도록 설계되었지만 흡입 시 어느 정도 자체 보호 기능도 제공할 가능성이 높습니다(보통 호기와 흡입 사이에 액체 에어로졸 입자가 수축하기 때문에 훨씬 적음). 모든 것을 고려해 볼 때, 안면 마스크는 근처에 있는 사람들의 감염 위험을 줄이는 데 크게 기여하며, 특히 병원체가 더 큰 에어로졸 입자에 의해 전염되는 경우 마스크 착용자의 감염 위험을 줄일 수도 있습니다. 예를 들어, 19세기에는 결핵균 병원균에 의해 발생하는 결핵의 전염에 대한 이해가 코와 입을 덮는 최초의 마스크를 개발함으로써 결핵의 확산을 제한하는 데 도움이 되었습니다6,7. 결핵에 감염된 환자가 착용하는 안면 마스크는 감염되지 않은 환자에 대한 전염률을 크게 줄일 수 있다는 것이 잘 입증되었습니다8.