ముఖ కవచాలు ( ఫేస్ షీల్డులు, Face shields) గాలిలో వ్యాపించే వ్యాధి-వాహక బిందువులకు ప్రాథమిక అవరోధాలుగా పనిచేస్తాయి. ఎయిర్‌క్రాఫ్ట్ క్యాబిన్‌లు మరియు ఆఫీసుల వంటి మూసి ఉన్న ప్రదేశాలలో అవి ప్రభావవంతంగా ఉంటాయి, ఇక్కడ ప్రసంగం, శ్వాస, దగ్గు లేదా తుమ్ము బిందువుల ద్వారా వ్యాధికి గురయ్యే అవకాశాలు ఎక్కువగా ఉంటాయి. COVID-19 మహమ్మారి సమయంలో ఫేస్ షీల్డ్‌లు ప్రాముఖ్యతను సంతరించుకున్నాయి మరియు ప్లెక్సి గ్లాస్ ప్లాస్టిక్ లేదా పాలిథిలిన్ టెరిప్తలేట్ (PET)తో తయారు చేయబడిన సాధారణ ముఖ కవచాలు ప్రజల ఉపయోగం కోసం అందుబాటులోకి వచ్చాయి.
ప్లాస్టిక్ హైడ్రోఫిలిక్, అంటే, నీటి బిందువులను ఆకర్షిస్తుంది; చిన్న నీటి బిందువులు దాని ఉపరితలంపై అతుక్కుపోతాయి. SARS-CoV-2 తో నిండిన బిందువులు కొన్ని గంటల నుండి కొన్ని రోజుల వరకు వివిధ ఉపరితలాలపై జీవించగలవని అధ్యయనాలు చెబుతున్నాయి. వ్యక్తులు తెలియకుండానే అటువంటి ఉపరితలాలను తాకినప్పుడు, వారు ఫోమైట్ ట్రాన్స్మిషన్ ద్వారా సంక్రమణకు గురవుతారు. ముఖ కవచం యొక్క హైడ్రోఫిలిక్ స్వభావం ఫోమైట్ ప్రసార అవకాశాలను పెంచుతుంది. కావున, ఫేస్ షీల్డ్స్ను తరచుగా శుభ్ర పరచాల్సిన అవసరం ఉంటుంది.
ముంబైలోని ఇండియన్ ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఆఫ్ టెక్నాలజీ బాంబే (IIT బాంబే)కి చెందిన మెకానికల్ ఇంజనీరింగ్ విభాగం పరిశోధకుల బృందం, ముఖ కవచం పై హైడ్రోఫోబిక్ (వాటర్ రిపెల్లెంట్, అంటే నీటి బిందువులను వికర్షించే గుణం) పొర ను పూయడం ద్వారా వాటి సామర్థ్యాన్ని పెంచడానికి ఒక కొత్త సాంకేతికతను ప్రతిపాదించింది. ఫలితంగా ఏర్పడే మిశ్రమ ముఖ కవచం గాలిలో ఉండే బిందువులకు అవరోధంగా పనిచేస్తుంది మరియు వాటిని తిప్పి కొడుతుంది; ఇది ముఖ కవచం యొక్క ఉపరితలం మీద ఫోమైట్ ఏర్పడే ప్రమాదాన్ని తగ్గిస్తుంది. బృందం తమ ప్రయోగాల ఫలితాలను ఫిజిక్స్ ఆఫ్ ఫ్లూయిడ్స్ జర్నల్‌లో ప్రచురించారు. ఈ ప్రాజెక్ట్‌కు ఇండస్ట్రియల్ రీసెర్చ్ అండ్ కన్సల్టెన్సీ సెంటర్ (IRCC), IIT బాంబే నిధులు సమకూర్చింది.
శ్వాస ద్వారా వెలువడే చుక్కలు (రెస్పిరేటరీ బిందువులు) చాలా చిన్నవి - దాదాపు 50 -200 మైక్రాన్ల పరిమాణంలో ఉంటాయి (మైక్రాన్ ఒక మిల్లీమీటర్‌లో వెయ్యో వంతు), అందుకే కంటికి కనిపించదు. COVID-19 సమయంలో, వ్యాధి వ్యాప్తిని అరికట్టడం లో సహాయపడటానికి రక్షిత ఉపకరణాలను మెరుగుపరచాలని బృందం కోరుకుంది. కాబట్టి, వారు మొదట ఫేస్ షీల్డ్‌ల సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరచాలని లక్ష్యంగా చేసుకున్నారు.
నీటి బిందువు ఉపరితలంపై పడినప్పుడు, ప్రభావం చూపే బిందువు యొక్క శక్తి (కైనెటిక్ ఎనర్జీ, kinetic energy) మరియు ఉపరితల తలతన్యత (నిరోధక శక్తులు) బిందువును ఫేస్ షీల్డ్ ఉపరితలంపై అతుక్కునేలా చేస్తుంది. ముఖ కవచం యొక్క PET ఉపరితలం అధిక తేమను ఆకర్షించే గుణం కలిగి ఉండడం వలన, బిందువు విస్తరించి ఉపరితలంపై అంటుకుంటుంది. ఉపరితలం నిటారుగా ఉన్నప్పుడు (వ్యక్తి ముఖ కవచాన్ని ధరించినట్లు), గురుత్వాకర్షణ, వ్యాపించే బిందువు పై పని చేసి దాన్ని కిందకి లాగుతుంది. ఈ జారే బిందువు ముఖ కవచం యొక్క దృశ్యమానతను ప్రభావితం చేస్తుంది మరియు ఫోమైట్ ఏర్పడే అవకాశాన్ని పెంచుతుంది.
బిందువులు ఉపరితలంపై అంటుకోకుండా నిరోధించడానికి హైడ్రోఫోబిక్ పదార్థంతో ముఖ కవచాలను పూయాలని పరిశోధకులు కొత్త ఆలోచనతో ముందుకు వచ్చారు. వారు సులువుగా దొరికే ఆటోమొబైల్ విండ్‌షీల్డ్‌ స్ప్రే ని వాడుకునే ఆలోచన చేసారు. స్ప్రే కోటింగ్‌లో సిలికా నానోపార్టికల్స్ ఉంటాయి, ఇది కోటింగ్‌ను సూపర్‌హైడ్రోఫోబిక్‌గా చేస్తుంది, తద్వారా వర్షం వాతావరణ పరిస్థితుల్లో విండ్‌స్క్రీన్‌ను స్పష్టంగా ఉంచుతుంది.
పరిశోధకులు ఈ హైడ్రోఫోబిక్ కోటింగ్ ను ముఖ కవచం పై పూశారు మరియు ముఖ కవచం మీద చిన్న వైరస్-కూడిన బిందువులను నిరోధించగలదు అని నిరూపించారు. ముఖ కవచం పై పడే నీటి బిందువులు ఉపరితలం నుంచి ఎగిరి పడతాయి, మరియు పూత పూసిన ప్రాంతంలో నీటి బిందువుల నిల్వ లేకుండా ఉంచుతుంది, అందువల్ల ఫోమైట్ చేరడం తగ్గిస్తుందని వారు గమనించారు.
కాంపోజిట్ కోటెడ్ ఫేస్ షీల్డ్ యొక్క వికర్షక లక్షణాలను స్థాపించడానికి బృందం ప్రయోగశాలలో ప్రయోగాలు నిర్వహించింది. అధ్యయనం యొక్క మరొక నవ లక్షణం, ముఖ కవచం ఉపరితలం వద్ద బిందువు పరస్పర చర్య యొక్క అంచనా పద్ధతి.
ఇప్పటికే ఉన్న అంచనా పద్ధతులు ఉపరితలాలపై ఏరోసోల్‌ల (aerosols) పరస్పర చర్య ను దృశ్యమానం చేయడానికి లేజర్ పద్ధతులను ఉపయోగిస్తారు అని తెలుపుతున్నాయి. ఈ పద్ధతి పరస్పర చర్య యొక్క మొత్తం చిత్రాన్ని ఇస్తుంది.
"అయితే, మా అధ్యయనంలో, ముఖ కవచం యొక్క పూత ఉపరితలంతో సంబంధంలోకి వచ్చిన తర్వాత వ్యక్తిగత బిందువులు ఎలా ప్రవర్తిస్తాయో చూపించాం" అని అధ్యయనం యొక్క సహ రచయిత ప్రొఫెసర్ రజనీష్ భరద్వాజ్ చెప్పారు. పూత ముఖ కవచం యొక్క పారదర్శకతను ప్రభావితం చేయదని వారి ప్రయోగాలు కూడా చూపిస్తున్నాయి.
పరిశోధకులు పూత-రహితం మరియు పూత-సహితం అయిన ఫేస్ షీల్డ్‌ల తేమ, ఉపరితల కరుకుదనం మరియు ఆప్టికల్ ట్రాన్స్మిషన్ (optical transmission) లక్షణాలను అంచనా వేశారు. వారు ప్రయోగాలకు డీఅయోనైజ్డ్ వాటర్ (డీమినరలైజ్డ్, ప్యూరిఫైడ్ వాటర్) బిందువులతో పూతను విశ్లేషించారు మరియు వర్గీకరించారు. సాఫ్ట్‌వేర్ మరియు విశ్లేషణాత్మక సాధనాలతో కూడిన హై స్పీడ్, హై-రిజల్యూషన్ కెమెరా ఉపరితలం వద్ద బిందువు సంకర్షణ ను చూపించింది.
అసలు శ్వాసకోశ బిందువుకు డీఅయోనైజ్డ్ నీరు ఎలా ప్రత్యామ్నాయం కాగలదని అడిగినప్పుడు, అధ్యయనం యొక్క సహ రచయిత ప్రొఫెసర్ అమిత్ అగ్రవాల్ ఇలా అన్నారు: "శ్వాసకోశ బిందువులు సూక్ష్మంగా ఉంటాయి కాబట్టి, వాటిలో లాలాజలం మరియు లవణాల పరిమాణం చాలా తక్కువ ప్రమాణం లో ఉంటాయి మరియు చెప్పుకోదగ్గ పరిమాణం లో ఉండవు అని ప్రస్తుత సాహిత్యం చూపించింది. అందువల్ల డీఅయోనైజ్డ్ నీరు అసలు శ్వాసకోశ బిందువుకు రచన మరియు లక్షణాలలో అనుగుణమైన ప్రత్యామ్నాయం.”
పరిశోధకులు వెబర్ మరియు రేనాల్డ్స్ సంఖ్యలు అనబడే సూచికలను బిందువు యొక్క ప్రభావ గతిశీలత ను నిర్వచించడానికి మరియు విశ్లేషణ కు ఉపయోగించారు. ఈ సంఖ్యలు బిందువుల మొత్తం లక్షణాలు – పరిమాణం, గతి శక్తి, వేగం, స్నిగ్ధత, ఉపరితల తలతన్యత మరియు ఇతర భౌతిక లక్షణాల చిత్రీకరణ ఇస్తాయి. బృందం వేర్వేరు బిందు-వేగానికి పూత-రహితం మరియు పూత-సహితం ఉపరితలాల అంచనాలను పోల్చింది.
అంచనా వేసినప్పుడు, పూత పూసిన ఉపరితలం పూత లేని ఉపరితలం కంటే చాలా తక్కువ తేమను కలిగి ఉంది. పూత బిందువు యొక్క రీబౌండ్ కి సహాయపడింది, ఉపరితలం నుండి బిందువులను తిప్పికొట్టడానికి కావలసిన ప్రభావాన్ని సాధించింది. బిందువు ముఖ కవచం ఉపరితలం నుండి దాదాపు 12 మిల్లీసెకన్లు లో తిప్పి తిరుగుతుంది (rebounce), బిందువు పడే రీతి బాణాకారకక్ష్య (parabolic trajectory) పథాన్ని తీసుకుంటుందని అధ్యయనం పేర్కొంది. ఇంకా, పెద్ద బిందువులు, వేగంగా రీబౌండ్ అయి, మరిన్ని చుక్కలుగా కూడా విరిగిపోతాయి.
0.1 మీ/సెకను నుంచి 1 మీ/సెకను వరకు ఉండే బిందువుల వేగాల కోసం పూత పూసిన ముఖ కవచం పనితీరును కూడా బృందం అంచనా వేసింది, ఇది ఉపరితలంపై అధిక వేగంతో పడే వర్షపు బిందువుల పరిస్థితులను కవర్ చేస్తుంది. "వర్షాకాల పరిస్థితుల్లో కూడా పూత, బిందువులను తిప్పి కొడుతుంది మరియు ముఖ కవచం యొక్క దృశ్యమానత ప్రభావితం కాదు" అని రచయితలు మెరుగైన ఫేస్ షీల్డ్ యొక్క అదనపు ప్రయోజనాలు హైలైట్ చేస్తున్నారు.