Para peneliti yang telah menyelesaikan studi terbarunya tentang seberapa baik perbandingan antara bahan alami dan sintetis yang digunakan masker, dalam menyaring berbagai partikel kecil seukuran virus penyebab COVID-19.
Dari 32 bahan kain yang telah diuji, tiga dari lima yang paling efektif dalam memblokir partikel seukuran virus adalah bahan katun 100% yang memiliki serat-serat halus seperti yang ditemukan pada kain flanel. Empat dari lima jenis bahan yang digunakan dengan kinerjanya yang paling rendah adalah bahan-bahan sintetis. Pengujian juga menunjukkan bahwa penggunaan beberapa lapisan kain katun akan semakin meningkatkan keefektivitasannya. Namun, bagaimanapun belum ada bahan yang seefisien seperti yang digunakan masker N95.
Meskipun ukuran sampel relatif kecil, para peneliti memperhatikan bahwa kain yang ditenun lebih rapat, umumnya menyaring lebih baik daripada kain yang tenunannya lebih longgar. Kain katun 100% yang banyak dipenuhi oleh serat-serat halus, tampaknya menyaring lebih baik daripada kain katun yang tidak memiliki fitur seperti ini. Serat-serat yang terlihat tersebut umumnya membentuk suatu struktur yang menyerupai sebuah jaringan yang ditemui pada masker petugas kesehatan.
Tiga peneliti dari Institut Nasional Standar dan Teknologi (NIST) —Christopher Zangmeister, James Radney, dan Jamie Weaver — bekerja sama dengan Edward Vicenzi dari Smithsonian’s Institution’s Museum Conservation Institute untuk mengevaluasi bahan dan menentukan kemampuannya dalam menyaring partikel sekaligus kemampuan dalam memberikan rongga udara untuk pernapasan. Hasilnya muncul di jurnal ACS Nano.
Virus yang menyebabkan COVID-19 terutama menyebar melalui tetesan pernapasan yang dikeluarkan ketika seseorang bersin, batuk atau bahkan berbicara. Namun, beberapa penelitian juga menunjukkan virus ini dapat menyebar melalui aerosol yang jauh lebih kecil — lebih kecil dari 1/100 lebar rambut manusia — yang juga dikeluarkan, dan yang dapat bertahan di udara lebih lama daripada tetesannya.
“Ternyata masker dengan bahan yang tidak tersedia di pasaran memberikan perlindungan dari aerosol jika Anda menggunakan beberapa lapis kain dan menutupi wajah lebih pas,” kata Zangmeister. “Tapi, tidak ada yang sebagus masker N95.”
Proyek ini mengukur cara umum untuk menentukan seberapa baik suatu bahan menangkap partikel, yang disebut efisiensi penyaringan. Zangmeister dan Radney, yang ahli mengukur aerosol, membuat percobaan yang relatif sederhana yang mengandalkan peralatan yang sangat sensitif untuk mengukur dan menghitung partikel aerosol.
“Pada dasarnya, kami mengambil segumpal bahan dan mengalirkan partikelnya dengan ukuran yang diketahui,” kata Zangmeister. “Kami menghitung jumlah partikel di udara sebelum dan sesudah melewati kain. Sehingga dapat memberitahu kita seberapa efektif bahan tersebut dalam menangkap partikel.”
Para peneliti menguji setiap bahan terhadap partikel mulai dari 50 hingga 825 nanometer (0.0000825 cm) untuk memetakan kinerja relatifnya.
Partikel virus SARS-CoV-2 berdiameter sekitar 110 nm. Masker N95 telah diuji secara ketat untuk memastikan keampuhannya dalam memblokir setidaknya 95% partikel pada kisaran ukuran ini. Filter HEPA (high-efficiency particulate air) seperti yang Anda temukan pada pembersih udara memblokir 99,97% partikel yang berukuran sekitar 300 nm, dan persentase partikel yang lebih kecil bahkan lebih tinggi. Dari kain yang diuji dalam studi NIST, lapisan kain tunggal berkinerja terbaik memblokir 20% partikel dalam kisaran ukuran virus.
Kain poliester 100% ini diuji bersama dengan 31 bahan kain lainnya untuk menentukan efisiensi penyaringan dan ditemukan sebagai salah satu dari dua sampel sintetis yang berada dalam peringkat lima teratas dari semua kain yang diuji. (Credit: National Institute of Standards and Technology)
Sementara Zangmeister dan Radney melakukan percobaan aerosol di kampus NIST’s Gaithersburg, Maryland, Weaver dan Vicenzi mampu melakukan pekerjaan pencitraan mereka di rumah di mana mereka telah bekerja sejak pertengahan Maret.
“Kami sengaja menggunakan mikroskop digital murah dan freeware untuk melakukan bagian penelitian kami dari rumah,” kata Weaver. “Salah satu motivasi untuk ini adalah mengembangkan metode pencitraan yang akan memungkinkan ilmuwan warga negara untuk mempelajari kain dengan lebih baik dengan biaya awal yang relatif kecil.”
Selain kain, tim melihat bahan termasuk filter HEPA, masker N95, masker bedah dan bahkan filter kopi, yang telah disarankan untuk digunakan dalam penutup wajah buatan sendiri, untuk perbandingan. Tim juga menguji kombinasi kain (katun dan lapisan sintetis), yang tidak menunjukkan peningkatan efektivitas.
Dengan menggabungkan pengukuran pencitraan dan aerosol, tim menemukan bahwa beberapa kain yang menyaring sebagian besar partikel juga paling sulit untuk bernapas, dan beberapa bahkan gagal memenuhi rekomendasi kesehatan dan keselamatan dalam kelancaran pernapasan.
“Tekstur ternyata menjadi salah satu parameter yang lebih berguna untuk dikaji karena kami menemukan bahwa sebagian besar kain katun dengan benang terangkat cenderung menyaring dengan hasil terbaik,” kata Weaver. “Temuan kami menunjukkan bahwa kemampuan kain untuk menyaring partikel didasarkan pada interaksi yang kompleks antara jenis bahan, struktur serat dan cara menenun dan jumlah benangnya.”
Penelitian ini menambahkan pengetahuan pada bidang kain dan filtrasi yang berasal dari pandemi flu 1918 yang menewaskan sekitar 20 hingga 50 juta orang di seluruh dunia dan mendorong penelitian pertama pada masker kain dan potensinya dalam melindungi dari virus. Ini juga mendukung penelitian selanjutnya yang menyarankan bahwa filter kain tidak akan cocok untuk diterapkan pada perawatan medis.
Namun terlepas dari penelitian selama beberapa dekade tentang topik ini, tim menemukan bahwa kurangnya metode uji standar dan berbagai macam bahan yang diuji membuatnya sulit untuk secara langsung membandingkan hasil studi yang diterbitkan sebelumnya. Mereka berharap pekerjaan mereka akan menyediakan suatu metode untuk menyaring berbagai materi secara cepat.
“Kami tidak tahu jawabannya ketika kami memulai proyek ini,” kata Zangmeister. “Tetapi intinya adalah bahwa tidak satu pun dari kain ini yang sebagus masker N95. Namun, penutup wajah kain dapat membantu memperlambat penyebaran virus corona. Kami berharap penelitian ini akan membantu produsen dan DIYers menentukan kain terbaik untuk pekerjaan dan melayani sebagai dasar untuk penelitian tambahan.”
