Towards Experimental Validation of Models of Shear-Induced Aerosol Generation in the Human Respiratory System

Dieses Kapitel untersucht die komplizierten Mechanismen der scherinduzierten Aerosolbildung innerhalb des menschlichen Atemsystems und beleuchtet die Prozesse, die die Ausbreitung von Infektionserregern wie SARS-CoV-2 erleichtern. Es untersucht zwei primäre Mechanismen der Aerosolbildung: scherinduzierte Partikelablösung in größeren Atemwegen und Filmruptur-induzierte Partikelbildung in kleineren Atemwegen. Das Kapitel stellt eine experimentelle Methode vor, die dazu entwickelt wurde, scherinduzierte Aerosolerzeugung auszulösen und zu messen. Dabei werden fortschrittliche Techniken zur Quantifizierung der Partikelanzahl und -größenverteilung unter definierten Bedingungen eingesetzt. Außerdem wird die Entwicklung schleimimetischer Hydrogele mit reproduzierbaren Eigenschaften vorgestellt, die eine genaue Simulation des menschlichen Schleimverhaltens ermöglichen. Die Versuchsaufbauten, einschließlich der Methoden der Saug- und Druckluft, werden akribisch beschrieben und zeigen ihre Rolle bei der Erfassung von Partikelmessungen und der Wellen-Topologie auf. Die Ergebnisse diskutieren die rheologischen Eigenschaften der Hydrogele und die Effektivität der experimentellen Methoden zum Nachweis der Teilchenerzeugung. Das Kapitel schließt mit einer Vision für zukünftige Parameterstudien, die darauf abzielt, Validierungsdaten für Wandfolienmodelle zu erstellen und die Vorhersage der scherinduzierten Aerosolbildung in den Atemwegen zu verbessern. Dieser umfassende Ansatz bietet wertvolle Einblicke in die Dynamik der Aerosolbildung und ebnet den Weg für verbesserte Modelle und mögliche Interventionen zur Unterdrückung der Aerosolbildung.