Ingenieure entwerfen eine wiederverwendbare Gesichtsmaske aus Silikonkautschuk mit einem N95-Filter

Von Anne Trafton, Massachusetts Institute of Technology, 12. Juli 2020

Die Masken basieren auf der Form des 3M 1860-Stils der N95-Masken, die normalerweise im Brigham and Women's Hospital verwendet werden. Der größte Teil der Maske besteht aus Silikonkautschuk, außerdem ist Platz für einen oder zwei N95-Filter. Diese Filter sind so konzipiert, dass sie nach jedem Gebrauch ausgetauscht werden können, während der Rest der Maske sterilisiert und wiederverwendet werden kann. Dieses Bild zeigt ein Foto der Maske auf einem Schaufensterpuppenkopf. Bildnachweis: Mit freundlicher Genehmigung der Forscher

Die Prototyp-Maske, die einen N95-Filter enthält, kann problemlos sterilisiert und viele Male getragen werden.

Researchers at MITMIT is an acronym for the Massachusetts Institute of Technology. It is a prestigious private research university in Cambridge, Massachusetts that was founded in 1861. It is organized into five Schools: architecture and planning; engineering; humanities, arts, and social sciences; management; and science. MIT's impact includes many scientific breakthroughs and technological advances. Their stated goal is to make a better world through education, research, and innovation." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> Das MIT und das Brigham and Women's Hospital haben eine neue Gesichtsmaske entwickelt, die ihrer Meinung nach Viruspartikel genauso wirksam stoppen kann wie N95-Masken. Im Gegensatz zu N95-Masken sind die neuen Masken so konzipiert, dass sie leicht sterilisiert und viele Male verwendet werden können.

As the number of new COVID-19First identified in 2019 in Wuhan, China, COVID-19, or Coronavirus disease 2019, (which was originally called "2019 novel coronavirus" or 2019-nCoV) is an infectious disease caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). It has spread globally, resulting in the 2019–22 coronavirus pandemic." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> Die Zahl der COVID-19-Fälle in den Vereinigten Staaten nimmt weiter zu, es besteht weiterhin ein dringender Bedarf an N95-Masken für Mitarbeiter im Gesundheitswesen und andere. Die neue Maske besteht aus strapazierfähigem Silikonkautschuk und kann im Spritzgussverfahren hergestellt werden, das in Fabriken auf der ganzen Welt weit verbreitet ist. Die Maske enthält auch einen N95-Filter, erfordert jedoch viel weniger N95-Material als eine herkömmliche N95-Maske.

„Eines der wichtigsten Dinge, die wir schon früh erkannten, war, dass wir uns wirklich auf skalierbare Methoden beschränken mussten, um der Nachfrage gerecht zu werden“, sagt Giovanni Traverso, Assistenzprofessor für Maschinenbau am MIT und Gastroenterologe an der Brigham University Frauenkrankenhaus. „Außerdem wollten wir die Wiederverwendbarkeit des Systems maximieren und wollten Systeme, die auf viele verschiedene Arten sterilisiert werden können.“

Das Team arbeitet derzeit an einer zweiten Version der Maske, basierend auf dem Feedback von Mitarbeitern des Gesundheitswesens, und arbeitet an der Gründung eines Unternehmens, das die Ausweitung der Produktion unterstützt und die Zulassung bei der FDA und dem National Institute for Occupational Safety and Health beantragt ( NIOSH).

Forscher am MIT und am Brigham and Women's Hospital haben eine neue Gesichtsmaske aus Silikonkautschuk entwickelt, die ihrer Meinung nach Viruspartikel genauso wirksam stoppen kann wie N95-Masken. Im Gegensatz zu N95-Masken können die neuen Masken problemlos sterilisiert und mehrfach verwendet werden. Dieses Bild zeigt Fotos der Maske (A und B) und die Schritte, die zum Reinigen und Wiederverwenden der Maske erforderlich sind. Bildnachweis: Mit freundlicher Genehmigung der Forscher

Traverso ist der leitende Autor eines Artikels, der die neuen Masken beschreibt und am 7. Juli 2020 im British Medical Journal Open veröffentlicht wurde. Die Hauptautoren der Studie sind James Byrne, Radioonkologe am Brigham and Women's Hospital und Forschungspartner am Koch Institute for Integrative Cancer Research des MIT; Adam Wentworth, Forschungsingenieur am Brigham and Women's Hospital und Forschungsmitarbeiter am Koch Institute; Peter Chai, Notarzt am Brigham and Women's Hospital; und Hen-Wei Huang, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Brigham and Women's Hospital und Postdoktorandin am Koch Institute.

The N95 masks that health care workers wear to protect against exposure to SARS-CoV-2Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is the official name of the virus strain that causes coronavirus disease (COVID-19). Previous to this name being adopted, it was commonly referred to as the 2019 novel coronavirus (2019-nCoV), the Wuhan coronavirus, or the Wuhan virus." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> SARS-CoV-2 und andere Viren werden aus Polypropylenfasern hergestellt, die speziell dafür entwickelt wurden, winzige Viruspartikel herauszufiltern. Im Idealfall würde ein medizinisches Fachpersonal jedes Mal, wenn es einen anderen Patienten sieht, eine neue Maske wechseln, aber der Mangel an diesen Masken hat Ärzte und Krankenschwestern dazu gezwungen, sie länger als vorgesehen zu tragen.

In den letzten Monaten haben viele Krankenhäuser damit begonnen, N95-Masken mit Wasserstoffperoxiddampf zu sterilisieren, der bis zu 20 Mal auf einer einzigen Maske verwendet werden kann. Allerdings erfordert dieser Prozess eine spezielle Ausrüstung, die nicht überall verfügbar ist, und selbst bei diesem Prozess kann eine Maske nur einen Tag lang getragen werden.

Das MIT/BWH-Team machte sich daran, eine Maske zu entwickeln, die sicher sterilisiert und viele Male wiederverwendet werden kann. Sie entscheiden sich für Silikonkautschuk – das Material, aus dem unter anderem Silikon-Backbleche hergestellt werden –, weil es so langlebig ist. Flüssiger Silikonkautschuk kann durch Spritzgießen leicht in jede beliebige Form gebracht werden, ein hochautomatisierter Prozess, der Produkte schnell erzeugt.

Die Masken basieren auf der Form des 3M 1860-Stils der N95-Masken, die normalerweise im Brigham and Women's Hospital verwendet werden. Der größte Teil der Maske besteht aus Silikonkautschuk, außerdem ist Platz für einen oder zwei N95-Filter. Diese Filter sind so konzipiert, dass sie nach jedem Gebrauch ausgetauscht werden können, während der Rest der Maske sterilisiert und wiederverwendet werden kann.

„Mit diesem Design können die Filter eingesetzt und nach Gebrauch weggeworfen werden, und Sie werfen viel weniger Material weg als bei einer N95-Maske“, sagt Wentworth.

Die Forscher testeten verschiedene Sterilisationsmethoden an den Silikonmasken, darunter das Durchlaufenlassen durch einen Autoklaven (Dampfsterilisator), das Einlegen in einen Ofen und das Einweichen in Bleichmittel und Isopropylalkohol. Sie stellten fest, dass das Silikonmaterial nach der Sterilisation unbeschädigt war.

Um den Komfort und die Passform der Masken zu testen, rekrutierten die Forscher etwa 20 Gesundheitspersonal aus der Notaufnahme und einer Onkologieklinik am Brigham and Women's Hospital. Sie ließen jeden Probanden den standardmäßigen Dichtsitztest durchführen, der von der Occupational Safety and Health Administration (OSHA) für N95-Masken vorgeschrieben ist. Bei diesem Test setzt der Proband die Maske auf und führt dann eine Reihe von Bewegungen aus, um zu prüfen, ob die Maske an Ort und Stelle bleibt. Eine zerstäubte Zuckerlösung wird in den Raum gesprüht, und wenn die Person sie schmecken oder riechen kann, bedeutet das, dass die Maske nicht richtig sitzt.

Alle 20 Probanden bestanden den Dichtsitztest und berichteten, dass sie den N95-Filter erfolgreich einsetzen und entfernen konnten. Auf die Frage nach ihrer Präferenz zwischen der neuen Maske, einer typischen N95-Maske und einer Standard-OP-Maske, antworteten die meisten entweder, dass sie keine Präferenz hätten oder die neue Silikonmaske bevorzugen würden, sagt Byrne. Sie gaben der neuen Maske auch gute Bewertungen für Passform und Atmungsaktivität.

Die Forscher arbeiten nun an einer zweiten Version der Maske, die sie komfortabler und langlebiger machen soll. Sie planen außerdem, zusätzliche Labortests durchzuführen, um die Fähigkeit der Masken zu messen, Viruspartikel zu filtern.

Da in vielen Regionen der Vereinigten Staaten im letzten Monat ein Anstieg der COVID-19-Fälle zu verzeichnen war, besteht in Krankenhäusern in diesen Gebieten möglicherweise ein Mangel an Masken. Auch in Teilen der Welt, die nicht über die für die Wasserstoffperoxid-Sterilisation erforderliche Ausrüstung verfügen, besteht ein Bedarf an mehr Masken.

„Wir wissen, dass Covid wirklich nicht verschwinden wird, bis ein Impfstoff weit verbreitet ist“, sagt Byrne. „Ich denke, dass es immer einen Bedarf an Masken geben wird, sei es im Gesundheitswesen oder in der breiten Öffentlichkeit.“

Referenz: „Injection Molded Autoclavable, Scalable, Conformable (iMASC) system for aerosol-based Protection: a prospective single-arm feasibility Study“ von James D. Byrne, Adam J. Wentworth, Peter R. Chai, Hen-Wei Huang, Sahab Babaee, Canchen Li, Sarah L. Becker, Caitlynn Tov, Seokkee Min und Giovanni Traverso, 7. Juli 2020, British Medical Journal Open.DOI: 10.1136/bmjopen-2020-039120

The research was funded, in part, by the Prostate Cancer Foundation, the MIT Department of Mechanical Engineering, Brigham and Women's Hospital, the National Institutes of HealthThe National Institutes of Health (NIH) is the primary agency of the United States government responsible for biomedical and public health research. Founded in 1887, it is a part of the U.S. Department of Health and Human Services. The NIH conducts its own scientific research through its Intramural Research Program (IRP) and provides major biomedical research funding to non-NIH research facilities through its Extramural Research Program. With 27 different institutes and centers under its umbrella, the NIH covers a broad spectrum of health-related research, including specific diseases, population health, clinical research, and fundamental biological processes. Its mission is to seek fundamental knowledge about the nature and behavior of living systems and the application of that knowledge to enhance health, lengthen life, and reduce illness and disability." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">National Institutes of Health, E-Ink Corporation, Gilead Sciences, Philips Biosensing und die Hans and Mavis Lopater Psychosocial Foundation.