PERHITUNGAN DROPLET DALAM KAITANNYA UNTUK COVID-19

Posted by goresan refleksi on Friday, July 10, 2020 in Teknologi Sains | No comments

Tahun 2020 diawali dengan kasus tersebarnya virus baru yang dinamai dengan SARS –CoV-2 dan penyakit tersebut dinakamakan coronavirus diases 2019 (covid-19). Virus ini ditemukan pertama kali di provinsi Wuhan, Tiongkok (data WHO) (PDPI, 2020). COVID-19 pertama dilaporkan di Indonesia pada tanggal 2 Maret 2020 sejumlah dua kasus (WHO, 2020) Data 31 Maret 2020 menunjukkan kasus yang terkonfirmasi berjumlah 1.528 kasus dan 136 kasus kematian (Kemenkes, 2020) Tingkat mortalitas COVID-19 di Indonesia sebesar 8,9%, angka ini merupakan yang tertinggi di Asia Tenggara.5,11 (WHO, 2020). Per 30 Maret 2020, terdapat 693.224 kasus dan 33.106 kematian di seluruh dunia. Eropa dan Amerika Utara telah menjadi pusat pandemi COVID-19, dengan kasus dan kematian sudah melampaui China. Amerika Serikat menduduki peringkat pertama dengan kasus COVID-19 terbanyak dengan penambahan kasus baru sebanyak 19.332 kasus pada tanggal 30 Maret 2020 disusul oleh Spanyol dengan 6.549 kasus baru. Italia memiliki tingkat mortalitas paling tinggi di dunia, yaitu 11,3%. (Huang, 2019)

Penularan COVID-19 melalui banyak cara yaitu melalui tetesan air liur (droplets) atau muntah (fomites), dalam kontak dekat tanpa pelindung. Transmisi virus corona atau COVID-19 terjadi antara yang telah terinfeksi dengan orang tanpa patogen penyakit. Penyebaran virus corona COVID-19 lewat dudukan toilet, pegangan pintu kamar mandi, dan wastafel (fecal shedding) terjadi pada beberapa pasien. Namun penyebaran virus corona atau COVID-19 atau COVID-19 dengan fecal shedding, hingga kini bukan menjadi upaya tranmisi utama (WHO, 2020).

Droplets menjadi salah satu penyebaran yang sangat mudah menularkan. Sehingga diperlukan studi lebih lanjut mengenai perhitungan droplet dalam kaitannya untuk COVID-19. Maka dari itu, dalam artikel ini akan dibahas perhitugan droplet melalui fisika kuantum sebagai peran serta fisika dalam menangani COVID-19

SARS-CoV-2 menular terutama melalui droplet. Alat pelindung diri (APD) merupakan salah satu metode efektif pencegahan penularan selama penggunannya rasional. Komponen APD terdiri atas sarung tangan, masker wajah, kacamata pelindung atau face shield, dan gaun nonsteril lengan panjang. Alat pelindung diri akan efektif jika didukung dengan kontrol administratif dan kontrol lingkungan dan teknik. .(WHO, 2020c)Penggunaan APD secara rasional dinilai berdasarkan risiko pajanan dan dinamika transmisi dari patogen. Pada kondisi berinteraksi dengan pasien tanpa gejala pernapasan, tidak diperlukan APD. Jika pasien memiliki gejala pernapasan, jaga jarak minimal satu meter dan pasien dipakaikan masker. Tenaga medis disarankan menggunakan APD lengkap.(WHO, 2020b)Alat seperti stetoskop, thermometer, dan spigmomanometer sebaiknya disediakan khusus untuk satu pasien. Bila akan digunakan untuk pasien lain bersihkan dan desinfeksi dengan alcohol 70%.126 World Health Organization tidak merekomendasikan penggunaan APD pada masyarakat umum yang tidak ada gejala demam, batuk, atau sesak. (WHO, 2020)

Berdasarkan rekomendasi CDC, petugas kesehatan yang merawat pasien yang terkonfirmasi atau diduga COVID-19 dapat menggunakan masker N95 standar. (WHO, 2020e) Masker N95 juga digunakan ketika melakukan prosedur yang dapat menghasilkan aerosol, misalnya intubasi, ventilasi, resusitasi jantung-paru, nebulisasi, dan bronkoskopi. .(WHO, 2020d)  Masker N95 dapat menyaring 95% partikel ukuran 300 nm meskipun penyaringan ini masih lebih besar dibandingkan ukuran SARS-CoV-2 (120-160 nm). (CDCP, 2020)  Studi retrospektif di China menemukan tidak ada dari 278 staf divisi infeksi, ICU, dan respirologi yang tertular infeksi SARS-CoV-2 (rutin memakai N95 dan cuci tangan). Sementara itu, terdapat 10 dari 213 staf di departemen bedah yang tertular SARS-CoV-2 karena di awal wabah dianggap berisiko rendah dan tidak memakai masker apapun dalam melakukan pelayanan. (WHO, 2020e) Saat ini, tidak ada penelitian yang spesifik meneliti efikasi masker N95 dibandingkan masker bedah untuk perlindungan dari infeksi SARS-CoV-2. Meta-analisis oleh Offeddu, dkk, tahun 2013 pada melaporkan bahwa masker N95 memberikan proteksi lebih baik terhadap penyakit respirasi klinis dan infeksi bakteri tetapi tidak ada perbedaan bermakna pada infeksi virus atau influenzalike illness (Radonovich dkk, 2019) tidak menemukan adanya perbedaan bermakna kejadian influenza antara kelompok yang menggunakan masker N95 dan masker bedah. Meta analisis Long Y, dkk tahun 2020 juga mendapatkan hal yang serupa.

Penggunaan masker dapat menecegah penyebaran droplet manusia. Single droplet adalah tetesan tunggal air yang bertumbukan pada suatu permukaan dengan memiliki tujuan tertentu. Sayangnya kejadian ini berlangsung dengan sangat cepat sehingga sulit untuk diamati dengan kasat mata sehingga diperlukan metode khusus untuk mengamatinya. Proses fisik antarmuka dari dua fluida terjadi pada skala waktu dan jarak yang kecil dimana peralatan eksperimen tidak mampu sepenuhnya mengamati fenomena ini. Selain itu, kurangnya akses terhadap bidang kecepatan dan tekanan, hasil percobaan terbatas terutama pada hasil kualitatif, seperti mode pecah atau breakup. Untuk studi analitis, banyaknya perkiraan dan asumsi yang diperlukan dan itu tidak efektif dalam mewakili kompleksitas dan pergerakan tak tunak atau unsteady dari droplet (Shao, 2011). Sampai saat ini simulasi numerik masih menjadi metode yang umum dan mungkin merupakan cara terbaik untuk mengetahui secara mendalam mengenai fenomena antar muka aliran multi-fase (Ashgriz, 2011)

Salah satu metode untuk mengamati pergerakan droplet adalah dengan simulasi numerik menggunakan metode front-tracking. Metode front-tracking adalah salah satu metode untuk melacak antarmuka (interface) antara droplet dan fluida yang berkontak yang didasarkan dengan membentuk persamaan yang mengikuti letak antarmuka dari posisi terjadinya lonjakan densitas (density jump). Metode ini memiliki tingkat akurasi lebih tinggi dibandingkan dengan metode lainnya di dalam melacak antarmuka dengan tetap menjaga sifat kekekalan massa dan momentum. Penelitian ini merupakan langkah awal memodelkan pergerakan single droplet yang menumbuk permukaan.

Metode front-tracking dikembangkan pertama kali oleh Unverdi dan (Tryggvason& Tryggvason, 1992) untuk melacak antarmuka pemisah fluida yang berkontak dengam metode beda hingga. Penyelesaian persamaan atur dilakukan secara eksplisit. Untuk kasus dengan viskositas dan tegangan permukaan yang tinggi, resolusi minimal yang digunakan untuk fenomena single bubble 3 dimensi yaitu dengan ukuran grid 163. Untuk beberapa bubble, dapat dilakukan dengan grid 643 dan 1283 dan seterusnya.

Tryggvason dkk tahun 2001 melakukan simulasi numerik untuk beberapa aplikasi multi-fase dengan metode front-tracking dengan skema eksplisit. Hasilnya bahwa metode front-tracking skema eksplisit tidak hanya mengurangi error yang terkait dengan adveksi dari fungsi Marker dan perhitungan tegangan permukaan, tetapi fleksibelitas metode tracking penting untuk aplikasi kasus dimana fisika antarmuka kompleks harus diperhitungkan. Tryggvason (Tryggvason, 2012) memodelkan fenomena single droplet yang menumbuk permukaan dengan menggunakan metode volume hingga. Letak antarmuka pemisah dilacak dengan metode front-tracking. Penyelesaian persamaan atur dilakukan dengan skema eksplisit. Saat droplet menumbuk permukaan terjadi fenomena spreading, recoiling dan bouncing up. Simulasi numerik metode ini mampu dengan baik memodelkan fenomena droplet menumbuk permukaan.

Penelitian ini bertujuan untuk memodelkan fenomena single droplet menggunakan metode volume hingga skema implisit. Letak antarmuka fluida yang berkontak dilacak dengan metode front-tracking. Suku kecepatan dari persamaan Navier-Stokes diselesaikan secara implisit metode fractional step. Suku tekanan diselesaikan menggunakan metode line successive over-relaxtation (LSOR).