Не все маски одинаково хороши. А ещё их часто не хватает. В ответ на дефицит СИЗ (средств индивидуальной защиты), ставший острой проблемой во время пандемии COVID-19, учёные из Гарвардского университета и МТИ создали новую версию масок, эффективно защищающих от вирусных частиц.
В дизайне прототипа использованы экспериментальные технологии, которые позволят производить больше масок из меньшего количества сырья — и, вполне возможно, спасти больше жизней.
Новый прототип под названием iMASC был создан на основе маски N95, которую широко используют врачи и парамедики. N95 — это респиратор, не пропускающий частицы патогенов и различных химических веществ, содержащиеся в воздухе. В отличие от хирургических масок, N95 плотно прилегает к лицу и изготовлена из полипропиленовых волокон, способных отфильтровывать 95% частиц. Маски N95 — одноразовые, их необходимо выбрасывать или утилизировать после каждого контакта с пациентами и вирусными аэрозолями. Именно по этой причине в разгар пандемии COVID-19 возник их острый дефицит.
«Мы понимали, что для удовлетворения спроса мы должны создать средства защиты, которые люди смогут без лишних сложностей использовать на местах. В то же время, мы хотели максимизировать возможность повторного использования масок, а также их стерилизации различными способами», — комментирует Джованни Траверсо (Giovanni Traverso), гастроэнтеролог из Brigham and Women’s Hospital при Гарварде, также преподающий машиностроение в МТИ.
Результатом усилий команды учёных и инженеров стал прототип, который в настоящее время проходит второй этап разработки. Это многоразовая силиконовая маска со сменными фильтрами из полипропилена, повторное использование которой после стерилизации, в теории, обеспечивает такой же уровень защиты, как и N95. Один или два фильтра вставляются в переднюю часть силиконовой маски. При этом, для изготовления фильтров требуется гораздо меньшее количество полипропилена, чем для N95, состоящей из него практически полностью.
Разработчики предполагают, что данная модель может стать новым «золотым стандартом». Дефицит СИЗ во время пандемии вынудил многих врачей и медработников прибегать к непроверенным способам очистки и многократного использования одноразовых масок или же мастерить самодельные защитные средства в ожидании новых поставок. Это не лучший выход для людей, которые каждый день спасают жизни других — таким образом они рискуют подвергнуть опасности себя, своих близких и пациентов. Новая экспериментальная маска способна решить данную проблему.
«Такая конструкция позволяет менять использованные фильтры, расходуя и утилизируя гораздо меньше защитного материала, чем в масках N95», — комментирует материаловед из МТИ Адам Уэнтуорт (Adam Wentworth).
При создании защитной системы iMASC использовалось компьютерное 3D-моделирование поведения и деформации силиконовой маски при ношении на лицах разных форм и размеров.
По расчётам разработчиков, стоимость такой маски не будет превышать 7$, а фильтры обойдутся, примерно, по 50 центов за шт. Таким образом, iMASC после всего 10 использований станет выгоднее, чем N95, стоящие в США 1$ за шт.
Для тестирования применимости iMASC в реальных условиях, разработчики попросили 20 работников больниц примерить и проверить новые маски согласно стандартному тесту Управления по безопасности и гигиене труда. Проверка прошла успешно — все маски легко надевались, достаточно плотно прилегали и пропускали воздух. Замена фильтров также не вызвала затруднений.
Разработчики протестировали различные способы стерилизации силиконовых масок — пропаривание, нагревание в духовке, замачивание в отбеливателе и изопропиленовом спирту. Маски, прошедшие через эти манипуляции, не подверглись никаким изменениям или повреждениям, кроме незначительных отличий в текстуре силикона.
Опираясь на полученную обратную связь, разработчики в настоящее время приступили к тестированию второй версии маски. Если его результаты покажут, что система сменных фильтров действительно эффективна для фильтрации вирусных частиц, iMASC с большой вероятностью станет первым представителем нового поколения средств индивидуальной защиты.
Подготовка материала: Юрий Франк