Многие творческие, научно-исследовательские, конструкторские и технологические команды по всему миру ведут работы по развитию средств индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД). Их достижения складываются в особое узкоспециальное знание. Мы собрали самые важные, на наш взгляд, новости, касающиеся фильтрующих масок.
Что говорит наука?
Пандемия Covid предоставила ученым материал для изучения на многие годы. Задача целого ряда инициированных исследований – попытаться выработать рекомендации для создания более совершенных СИЗ и уточнить инструкции по их применению, чтобы быть готовым к тем вспышкам новых инфекционных заболеваний, которые ожидают человечество в будущем.
Исследовательская группа политехнического института Реселлера (США) поставила задачу внедрить в волокна, из которых создают полотно для фильтрующих масок, химически активные реагенты, безопасные для человека, но способные угнетать развитие бактерий и вирусов. На старте была сформулирована цель: создать маски N95, которые смогут защищать дольше. Это, в свою очередь, позволит снизить количество полимерных отходов, поскольку маски не нужно будет заменять так часто.
Это была многогранная задача в области материаловедения с привлечением большой команды. Подыскивались технологии, позволяющие масштабировать новый подход для массового производства. Исследователи, по сути, сделали первый шаг к созданию более долговечных самостерилизующихся средств индивидуальной защиты, помогающих снизить передачу болезнетворных микроорганизмов воздушно-капельным путем.
Согласно исследованию, недавно опубликованному в журнале Applied ACS Materials and Interfaces, ученые успешно внедрили антимикробные полимеры широкого спектра действия в полипропиленовые фильтры, используемые в масках для лица N95. Какие проблемы были решены? Полипропилен трудно поддается химической модификации. Еще одна сложность заключается в том, что нельзя нарушать очень тонкую сеть волокон в таких масках: это может затруднить дыхание. Была разработана инновационная технология, инициирующая внедрение четвертичного аммония (активный антимикробный компонент) посредством ультрафиолетового облучения с определенной мощностью и диапазоном волн.
Справка Гетсиз: четвертичные аммониевые соединения, или ЧАС – это химические соединения, в состав которых входят углеводородные радикалы, молекулы пятивалентного азота, а также анионы – хлор или бромид-ион.
Аммониевые соединения относятся к группе поверхностно-активных веществ. В водных растворах они способны образовывать положительные ионы. Соединения применяют во всем мире, поскольку ЧАС при внедрении в состав дезинфицирующего средства способны расширить функциональные возможности обеззараживающих растворов и их спектр антимикробной активности, а также усилить бактерицидные свойства. Характерная особенность ЧАС – низкий уровень токсичности для человека, что делает их применение безопасным.
Известно, что команда института Реселлера использовала только ультрафиолетовый свет и ацетон, которые широко доступны.
Независимые эксперты высоко оценивают это достижение, особо отмечая стабильность нового материала (активное вещество не выщелачивается, не осыпается, не разлагается) и потенциальную индустриальную масштабируемость метода для массового производства.
В будущем производители могли бы изготавливать маски с антимикробным полимером, включенным в верхний слой.
«Присоединение химических групп, которые убивают вирусы или бактерии при контакте с полипропиленом, является разумной стратегией, – отзывается Шекхар Гарде, декан инженерной школы в Ренсселере. — Учитывая обилие полипропилена в повседневной жизни, возможно, эта стратегия полезна и во многих других контекстах».
Исследование финансировалось национальными институтами здравоохранения.
Ссылка: «Вирулицидные респираторные маски для лица N95 с использованием ультратонких поверхностно-привитых полимерных покрытий из четвертичного аммония» Мирко Сорчи, Таннер Д. Финк, Вайшали Шарма, Снеха Сингх, Руйвен Чен, Бриджит Л. Ардуини, Кэтрин Довиденко, Кэрин Л. Хелдт, Эдмунд Ф. Палермо и Р. Хелен Чжа, 25 мая 2022 года, ACS Applied Материалы и интерфейсы.
Пластиковый мусор может стать ценным сырьем
Исследователи продемонстрировали идею включения старых масок в цементную смесь для создания более прочного и долговечного бетона. В статье, опубликованной в журнале Materials Letters, исследовательская группа университета штата Вашингтон (США) показала, что смесь с использованием вторичного сырья была на 47% прочнее, чем обычный цемент после месяца отверждения.
Почему это перспективно?
Производство цемента – высокоэнергоемкий процесс, на долю которого приходится до 8% выбросов углекислого газа во всем мире!
Специальные микроволокна уже иногда добавляют в бетон для его укрепления, но, как правило, они дороги. Армированный микроволокном из отходов, бетон потенциально может уменьшить количество требуемого цемента и служить дольше, экономя выбросы углекислого газа, а также деньги для строителей и владельцев. Даже изменение на несколько процентов сулит огромные выгоды!
В своей работе, подтверждающей концепцию, исследователи разработали процесс изготовления крошечных волокон, получаемых из переработанных масок,- длиной от 5 до 30 мм. Зафиксирован положительный результат: повысились прочность и устойчивость к трещинообразованию. Но это был лишь первый этап: замысел проектной группы гораздо глубже.
Далее они смешали микроволокна маски с раствором оксида графена, прежде чем добавлять их в цементный раствор. Оксид графена образует ультратонкие слои, которые прочно прилипают к поверхностям полипропиленовых волокон. Подготовленные таким образом микроволокна поглощают или рассеивают энергию разрушения, которая могла бы способствовать образованию крошечных трещин в бетоне. Сегодня исследователи проводят дополнительные этапы работ, чтобы проверить свою идею о том, что микроволокна, обработанные оксидом графена, могут также защитить бетон от повреждения морозом и от противогололедных химикатов, которые используются на дорогах.
Как дышать в маске правильно?
Прикладные научные исследования СИЗОД позволяют проанализировать все аспекты практического применения существующих на рынке моделей. Результаты подобных исследований помогают точнее оценить эффективность СИЗОД и учитывать эти данные на практике. Кроме того, они способствуют созданию новых, более совершенных образцов. Американский институт физики (англ. American Institute of Physics, AIP, основан в 1931 году) опубликовал результаты исследования по изучению фильтрующих респираторов.
Исследовательская команда сравнила многочисленные предлагаемые на рынке фильтрующие маски и респираторы ограниченного срока применения. Для оценки и моделирования применялся обобщающий метод PCA, который объединил формы лица и головы 100 взрослых мужчин и 100 взрослых женщин, полученных по данным сканирования в Базельском университете в Швейцарии.
Справка Гетсиз: анализ главных компонентов (PCA) – процесс вычисления основных компонентов и применения их для изменения базы данных, иногда используя только первые несколько основных и наиболее значимых компонентов и игнорируя прочие малозначительные.
Методика также предусматривала построение сложных газодинамических моделей в 3D, наглядно дающих представление о сложных процессах даже для неподготовленного наблюдателя.
Например, была построена динамическая модель, визуализирующая газодинамический процесс кашля человека, лицо которого покрыто респираторной маской.
Фото демонстрирует процесс кашля мужчины, облаченного в маску. Выплеск воздушной струи показывает уязвимые участки линии обтюрации маски. Ученые рассчитали скорость струи и давление в разных участках.
Выводы исследователей можно свести к нескольким тезисам:
- тканевые («дизайнерские») маски свободного покроя обеспечивают наименьшую защиту от COVID-19, а маски N95 и KN95 — наибольшую. Рекомендовано сосредоточиться на поиске более совершенного форм-фактора для защитных респираторов;
- форма лица влияет на посадку маски, точная подгонка критически важна (именно это показали многие газодинамические модели);
- увеличение слоев не приводит к более эффективной защите, более важный параметр – точная посадка. Большее количество слоев приводит к большему потоку, вытесняемому из зазоров по периметру (по бокам, сверху и снизу). Добавленные слои повышают эффективность фильтрации только при хорошей посадке маски, но также могут привести к затруднению дыхания (одышке, проблемам с сердечным ритмом, как следствие – худшему снабжению крови кислородом), так как представляют собой физическое препятствие для потока;
- моделирование показало, что даже небольшая асимметрия, характерная для многих лицевых структур (большинство из нас в жизни этого не замечают!), может повлиять на правильную подгонку маски. Например, маска может прилегать к левой стороне лица лучше, чем к правой, что провоцирует утечки и нарушение герметичности.
Отмечено, что моделирование на основе PCA может быть использовано для разработки лучших масок для различных групп населения на основе анализа общих различий между мужскими и женскими или детскими и пожилыми структурами лица и связанных с этим особенностей потока воздуха.
Форм-фактор дорогого стоит
И, словно в фарватере предыдущей новости, обратимся к рыночным инновациям — новым типам масок.
Компания из Тайваня Motex в этом году была сертифицирована Книгой рекордов Гиннеса как крупнейший в мире производитель медицинских масок. В ее ассортименте немало интересных моделей масс-рынка.
Например, представлены маски с многоцветной надпечаткой (краска не препятствует качеству фильтрации), цветные (возможна цветовая индикация, например, для медиков из разных отделений), разные типы купола маски и даже новинка последних лет – респиратор с прозрачным окошком для облегчения коммуникации (Гетсиз писал о подобном).
Фото с сайта: https://motex.com/products/
Специалисты компании ведут собственные исследовательские и опытно-конструкторские разработки. Особое направление – взаимодействие со студентами и молодыми специалистами, что дает представление о серьезности намерений и реальных вложениях в будущий интеллектуальный потенциал.
Совсем недавно компания презентовала новый продукт — защитную складную фильтрующую маску в оригинальном форм-факторе.
Motex представила свою инновационную маску для лица, основанную на концепции высокой фильтрации, максимального комфорта и плотно прилегающего дизайна.
Маска Diamond shape face mask имеет уникальную структуру 3D-дизайна, плотно прилегает к лицу и устраняет такой дискомфорт, как затуманивание очков при выдохе, – а это серьезный показатель, который без объяснений говорит о многом!
Маска позволяет пользователям четко говорить, легко дышать и даже полностью сохранять макияж. Благодаря тонкой полиэтиленовой пленке, нанесенной изнутри в области переносицы, маска идеально подходит для тех, кто носит очки. Важно ли это для пользователя? Каждое подобное достижение проработано до мелочей.
Маска с высокой герметизацией имеет загнутые и изогнутые края сбоку, а также регулятор ушной петли, который улучшает прилегание. В состав фильтрующего пакета материалов введен слой с антимикробными свойствами из серебра (Ag), меди (Cu) и титана (TiO2).
Кроме того, Motex представляет свои комплексные решения от MKEnX, дочерней компании корпоративной группы. Работая с отраслевыми проблемами производителей масок для лица, MKEnX предлагает такие продукты, как полипропиленовые ткани со специальными обработками, ушные петли, полиэтиленовые покрытия для переносицы и нетканые материалы из спанбонда различных цветов, устойчивые к воздействию жидкостей. Не говоря уже о том, что компания привлекает к решению вопросов и свой богатый опыт, и соответствующее оборудование.
Производство новой модели уже организовано.
Восьмикратный обладатель золотой медали международных выставок изобретений, компания Motex сделала себе имя в отрасли как ведущий тайваньский производитель масок, обладающий почти пятилетним опытом в производстве одноразовых медицинских изделий и поставляющий их миллионами по всему миру.
Статистика: почему это важно
Казалось бы, пандемия COVID-19 — острая респираторная инфекция, вызываемая коронавирусом SARS-CoV-2, — сошла на нет. Специалисты следят за ее развитием, и можно с уверенностью сказать, что острая фаза с большим количеством заболевших и умерших – позади.
Но опасность в том, что вирус мутирует.
…
Учитывая место лидеров по доле вакцинированного населения, стоит отметить, что наша страна на отдаленном 105-м месте (по состоянию на август 2022 года, всего 51,23% вакцинированных от общего состава населения), – фактор, который может проявить себя в холодные месяцы, когда иммунитет снижен.
Просто обратите внимание на статистику, чтобы составить собственное мнение о происходящем.
https://yandex.ru/covid19/stat
Знайте, что «анализ применения масок, лицевых щитков и соблюдения дистанции между людьми», опубликованный во всемирно известном уважаемом журнале Lancet, достоверно показал, что значительно снижает вероятность заражения соблюдение дистанции между людьми в 1 метр и более, таким образом, дистанцирование уменьшает распространение инфекции.
С гораздо меньшим уровнем достоверности (низкое качество доказательств) снижает вероятность заразиться ношение масок и защиты глаз. Специалисты, выполнившие метаанализ, рекомендуют соблюдать дистанцию с другими людьми больше одного метра, а в людных местах, где дистанцию соблюсти невозможно, предлагают использовать маски для лица или респираторы и защиту глаз (лицевые щитки или очки).
При этом исследование, в ходе которого визуализировалось распространение капель от больного человека, показало, что лицевые щитки сами по себе не могут заменить маски, так как капли с вирусными частицами могут свободно распространяться в разных направлениях вокруг щитка».
https://ru.wikipedia.org/wiki/COVID-19
Будьте в курсе последних новинок, пользуйтесь достижениями научно-технического прогресса и заботьтесь о здоровье!
(11 оценок, среднее: 4,64 из 5)
Загрузка...
