CORONA IN DER LUFT

Aerosolpartikel, feinste Schwebeteilchen, ns sich by die luft verbreiten, jawohl sich als ein entscheidender Übertragungsweg für das neuartige coronavirus erwiesen. Aerosole entwickeln etwa, wenn wir atmen, sprechen oder husten. Da weil das kleinsten Tröpfchen auch feste Bestandteile enthalten, verdunsten sie nur teilweise. Das Resttröpfchen kann wiederum zusammen Aerosole noch über Minuten und Stunden– oder sogar breit darüber außen –in der Luft schweben. In dem Interview mit Welt der Physik gemeldet Rainer koch vom Karlsruher Institut zum Technologie, als Verdunstungsexperimente mit Speicheltröpfchen enthalten helfen, ns Ansteckungsrisiken aufgrund Aerosole genauer einzuschätzen.

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Rainer kochen


Welt das Physik: in Ihrer aktuellen lernen untersuchen sie und deine Kollegen, als Speicheltropfen verdunsten. Wofür ist dieses Wissen wichtig?

Rainer Koch: zur Ausbreitung by Aerosolen beim der atem und wort existieren inzwischen bereits einige lernen und Visualisierungen. Allerdings ich werde meistens flut stellvertretend weil das flüssige Aerosolpartikel verwendet– oder Zigarettenrauch für sicher Aerosolpartikel. Innerhalb Fall by Wasser können zwei dinge passieren: abdominal muscle einer bestimmten Größe fällt einer Tropfen nach einer kurzen Flug kommen sie Boden. Da drüben ist er angehörige ungefährlich, worin auch die bekanntschaft Corona-Abstandsregeln gerechtfertigt sind. Ist ein Wassertropfen dennoch klein genug– deshalb bereits ein Aerosol–, bewegt er sich mit der Luft mit, bis zu er vollständig verdunstet ist. Uns hat nun interessiert: zusammen verhalten sich Tropfen und Aerosole das ende unserer Atemluft, ns neben flut ja sogar feste Bestandteile enthalten, wirklich?

Was kennzeichnet über Menschen ausgeatmete Tröpfchen und Aerosole?

Dazu gibt es unterschiedliche Studien. Einer geht davon aus, dass sie ähnlich als Speichel zusammengesetzt sind. Dies Aerosole enthalten also nicht nur Wasser, sondern auch feste oder gelartige Bestandteile. Ns heißt, sie sind eine komplexe Mischung ende Eiweiß, Salzen und Wasser.

Und wie verhalten sich die ausgeatmeten Aerosole in dem Vergleich zu Wassertropfen an der Luft?

Die typischen Aerosole, das wir ausatmen, ähneln kommen sie Beginn ns feinen Nebel. Wenn einen Wassertropfen klein genug ist, verdunstet er innerhalb kürzester mal komplett. Innerhalb Speichel schwindet trotz ebenfalls ns Wasseranteil relativ schnell, die Speicheltropfen verdunsten aber nicht vollständig–und ns ist ns Entscheidende: Es bleibt immer ein Resttropfen übrig, ns ungefähr zwanzig Prozent von ursprünglichen Tropfendurchmessers besitzt, also etwa ein Prozent ns Volumens. Und dies Resttropfen zu sein sehr, sehr beständig– und außerdem an der Regel vernünftig groß, um herum weiterhin einer relevante Virenanzahl zu transportieren.

Kann das Coronavirus in diesen Tropfenresten überleben?


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Wir haben uns zeigen die Physik, deshalb den Verdunstungsprozess der Tropfen angeschaut. An einer biologischen forschung wird zurzeit untersucht, ob Coronaviren darunter diesen bedingungen überleben können. Dies Experimente verwenden einen Substrat, auf das Zellnährflüssigkeit aufgebracht und mit Viren kontaminiert wurde. Das Ergebnis: die Viren könnten bis zu dreißig Stunden oben dem Substrat überleben, sogar nachdem ns Wasser verdunstet war. Wenn wir heute die beiden Studien zueinander betrachten, bedeuten das: zu sein die Aerosole erst einmal im platz und man lüftet nicht, ist ns Wahrscheinlichkeit, sich zu infizieren, auch noch nach stunde gegeben.

Welche rollator spielen inbegriffen die Luftfeuchtigkeit und das Temperatur der Umgebung?

Wir könnten zeigen, dass in typischen Umgebungsbedingungen beide absolut sind nicht Rolle für ns Größe des Resttropfens spielt. Aber die Geschwindigkeit, mit der das Wasser in der zuerst Phase verdunstet, hängt über der Luftfeuchtigkeit und temperatur ab. Und für die Viren haben diese Parameter natürlich ein großen Effekt: Tiefe temperaturen begünstigen das bestehe der Viren. Ns Einfluss der Feuchte ist noch no vollständig geklärt.

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Wie gelingt es, Speicheltröpfchen deswegen kontrolliert kommen sie beobachten?

Wir hergestellt das mit einer akustischen Levitator, indem sogenannte Piezoaktuatoren einer Schallwelle erzeugen. Gegenüber dies Schallquelle befindet sich eine feste Oberfläche, ns die Schallwelle reflektiert. Einmal man ns Ganze richtig einstellt, erhält man einer stehende Welle. Wir brachte dann einen verwandten großen Tropfen an den Aktuator auf, ns dort sehr geldstrafe zerstäubt. Nachdem das Tröpfchen zum kurze times schweben, sammeln sie sich bei den Druckknoten, wo sie wieder vergrößern Tropfen über etwa einhundert bis achthundert Mikrometern bilden. Diese freischwebenden Tropfen nimm es wir mit einer Kamera mit Mikroskop-Objektiv auf. Dafür haben uns gemessen, wie sich das Größe der Tropfen mit der Zeit entwickelt.


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Die Lebensdauer das Tropfen und Aerosole bei der luft haben sie hingegen berechnet. Was ist ns Besondere an Ihrem Modell?

Wir von zunächst einer ganz normales Verdunstungsmodell verwendet, das Parameter uns allerdings für Speicheltropfen anpassung haben. So ließen sich das Ergebnisse ende unseren Experimenten verwenden. Wir haben gelernt, das sich einer Tropfen nicht mehr weiter zusammenzieht, sobald das zwanzig prozent seines ursprünglichen Durchmessers erreicht hat. Zuerst für die allerkleinsten Tröpfchen, über weniger zusammen einem Zehntel Mikrometer Durchmesser, wille man einer zusätzlichen Effekt beobachten, weil das Oberflächenspannung belang wird.

Was jawohl die analysieren Ihres Modells ergeben– wie lange können ausgeatmetete Aerosole maximal bei der atmosphäre schweben?

Die bewegung der Aerosole hängt by dem bewertung zwischen Schwerkraft und Luftwiderstand ab. Wenn der Luftwiderstand sehr hoch ist, bleiben die kleinst Aerosole quasi unendlich lange in der Luft. Sie bewegen sich dann ähnlich zusammen Luftmoleküle, ns mitgeschleppt werden, wenn nur der kleinste Luftzug vorhanden ist. Genau das macht Aerosole so gefährlich– und ns ist auch das wesentliche ergebnis unserer Studie.

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Haben sie noch offene Fragen?

Ich würde die Speicheltröpfchen gerne mit das Viren kombinieren. Zum ließe wir praktisch direkte nachvollziehen, wenn und wie die Viren unter bestimmten Umgebungsbedingungen in den Tröpfchen und Aerosolen überleben. Denn für ich stellt sich ns entscheidende Frage: was passiert tatsächlich mit den Viren?

In der Regel beschäftigen sie sich in der Brennkammerentwicklung am KIT no mit Speicheltröpfchen. Bei dieser forschung erforschen sie aber nun Speichel. Als hängt ns zusammen?

Eigentlich beschäftigen meine partner und mich uns mit Flugtriebwerken und sauberer Verbrennung. Der Schlüssel zu ist das Kraftstoffeinspritzung. Hier von wir in den letzten 15 Jahren eine gewisse field of expertise entwickelt. Das mit freundlichen grüßen sowohl die Messtechnik und Experimente wie auch das Simulation und Vorhersage. Teile daraus haben wir sogar für die Abgasnachbehandlung in Dieselmotoren genutzt– so wird heutzutage eine Harnstoff-Wasserlösung an den Abgastrakt eingespritzt. Ca die Harnstoffwassertropfen bei der Verdunsten zu beobachten, von wir ns spezielles Levitator-Experiment aufgebaut. Und weil Harnstofflösung sehr mehrfach Ähnlichkeit mit Speichel hat, war das naheliegend, dies Aufbau zur zeit für das Experimente mit den Speicheltropfen kommen sie verwenden.