Naučnici došli do potencijalno velikog otkrića
Naučnici iz Berkeley laboratorije i UC Berkeley dizajnirali su masku N95 koja ima mogućnost prilagođavanja čovekovom licu i koja je za višektratnu upotrebu.
U prvim danima pandemije, usred sve neizvesnosti, jedno je bilo sigurno: N95 maske – lični zaštitni respiratorni uređaji koji filtriraju viruse, bakterije i dim od požara – bili su deficitarni i bilo ih je ubedljivo najmanje . Pa kada su naučnici za materijale Jeff Urban i Peter Hosemann čuli da lokalni HMO treba savet o alternativama za masku N95, odmah su znali šta treba da urade: Napraviti bolju masku.
Hosemann je telefonirao i otkrio da su lekari i menadžeri HMO-a želeli da znaju šta čini efikasnu antivirusnu masku i kako mogu da provere da li su maske koje su pronašle zapravo dobre.
„Bilo je korisno naučiti koje su njihove potrebe i kako bismo mogli da ispunimo i pomognemo u podržavanju njihove misije“, rekao je Hosemann, koji ima zvanje fakultetskog naučnika u Odeljenju za materijale u Nacionalnoj laboratoriji Lavrence Berkelei (Berkelei Lab) i Ernest S Kuh-katedra za inženjerstvo na UC Berkeley.
„Slučajno smo se Peter i ja upravo udružili, jer smo svi započeli rad na sličnim idejama na nivou laboratorijskih eksperimenata“, rekao je Urban, koji rukovodi objektom za neorganske nanostrukture u Molekularnoj livnici Berkeley Lab. Urban i Hosemann odgovarali su na poziv Berkeley Lab-a za istraživačke ideje u znak podrške borbi protiv COVID-19, što je na kraju dovelo do toga da su dobili podršku kroz Nacionalnu virtuelnu laboratoriju za biotehnologiju (NVBL), konzorcijum nacionalnih laboratorija DOE sa osnovnim sposobnostima relevantnim na pretnje koje predstavlja COVID-19, a finansiraju se prema Zakonu o pomoći i ekonomskoj bezbednosti od strane Koronavirusa (CARES).
„Mi smo, kao i mnogi drugi, videli nedostatke u lancu snabdevanja LZO (lična zaštitna oprema), pa čak i u funkcionalnosti onoga što je bilo na raspolaganju, pa smo smatrali da je ovo važno područje na koje se treba fokusirati“, rekao je Urban. Što se tiče zaštite od COVID-19 ili drugih virusnih infekcija, N95 maske su zlatni standard.
Obično su napravljene od čvrsto tkanih slojeva polipropilena koji filtriraju najmanje 95% vrlo malih čestica u submikronskom (milionitom delu metra) opsegu, uključujući čestice koronavirusa i čestice od dima šumskog požara. Ova mešavina vlakana generiše elektrostatički naboj koji privlači i hvata čestice virusa. Ali uprkos odličnoj efikasnosti filtriranja, N95 maske imaju svoja ograničenja.
Na primer, stručnjaci ne savetuju ponovnu upotrebu N95 maski, posebno nakon što ih nose ceo dan. To je zato što kada izdahnemo, izbacujemo vlagu iz usta i pluća – a ako dugo nosimo masku N95, ta vlaga na kraju troši elektrostatički naboj na vlaknima koja zarobljavaju virus, rekao je Urban. Stručnjaci takođe kažu da bi efikasna N95 maska trebalo da formira čvrst, ali udoban pečat oko vašeg lica. Inače, čak i male praznine mogu česticama virusa omogućiti lak pristup vašem respiratornom sistemu kroz nos i usta.
Nacrt za bolju N95 masku Urban i Hosemann ima za cilj da rešavanje takvih problema sa dugotrajnom efikasnošću filtera dizajniranjem i izradom silikonske N95 maske za višekratnu upotrebu sa punjivim, žičanim mrežnim aktivnim filterom. Jason Duckering iz UC Berkelei nosi prototip maske za zaštitu od COVID N95 koja se može puniti. (Zasluga: UC Berkelei)
Žičana mreža nosi elektrostatički naboj, što pomaže u hvatanju i neutralisanju čestica virusa, objasnio je Hosemann. „Ovaj mrežasti filter može se ponovo napuniti, a samim tim i sama maska može se ponovo koristiti, što je ključna prednost“, rekao je. „Krajnja vizija je napraviti masku sa filterskim uloškom za bateriju koju biste mogli priključiti i napuniti preko noći, poput mobilnog telefona.
”Da bi rešili probleme povezane sa nedostatkom komotnosti i zaštitne opreme, naučnici razvijaju kalup od livenog silikona za telo maske koji se štampa 3D. Metalna žica ugrađena u silikonski odlivak omogućava maski da se prilagodi većini lica. A u slučaju nedostatka OZO, kalup za 3D štampu omogućio bi svima – od majstora, ”do it yourself” – da izrađuje silikonske maske N95 na zahtev i sa kratkim rokovima isporuke, rekao je Hosemann. „Kombinacija 3D štampe i livenja jednostavnih delova moćan je način za brzu proizvodnju nedostupne OZO ako je sirovina dostupna“, dodao je on.
Naučnici su takođe dizajnirali silikonske maske kako bi se povezali sa komercijalno dostupnim N95 filterima ili mrežnim filterom koji se može puniti. U dizajniranju svog prototipa maske za višekratnu upotrebu, naučnici su takođe uzeli u obzir da se N95 maske i filteri često nose tokom obavljanja ručnog rada. „Ako se bavite fizičkim radom, kao i mnogi radnici u prvoj liniji fronta, sposobnost boljeg disanja bez narušavanja zdravlja bila bi važna karakteristika idealne zaštitne maske“, rekao je Urban.
Da bi testirali neprobojnost prototipa maske protiv malih čestica veličine virusa, naučnici su koristili testove fluorescentnih čestica u saradnji sa Evanom Varianom iz UC Berkelei, profesorom inženjerstva zaštite životne sredine, i Simom Makiharju, docentom za mašinstvo.
Fluorescentne čestice prate raspodelu čestica oko proizvedenih maski, rekao je Hosemann. Naučnici će koristiti istu tehnologiju fluorescentnih nanočestica za buduće testove efikasnosti filtera u saradnji sa Bruceom Cohenom iz Molekularne livnice Berkelei Lab. Kalup za livenje silikona koji se štampa 3D i filteri N95 koji se mogu puniti još uvek su u ranoj fazi istraživanja i razvoja, ali Urban i Hosemann kažu da brzo napreduju.
Naučnici su u procesu izrade lokalnog testa procene kvaliteta N95 za istraživače medicinske industrije i bolnice kroz korisnički program Molekularne livnice. „Bilo je veoma inspirativno videti kako istraživači iz nacionalne laboratorije mogu primeniti svoju stručnost na razumevanje problema povezanih sa pandemijom, realizaciju rešenja, komunikaciju sa budućim korisnicima Molekularne livnice i isporuku prototipa, sve u roku od sedam meseci“, rekao je Deepti Tanjore, Berkelei Lab je vođa istraživačkog rada Nacionalne laboratorijske proizvodnje NVBL.
Naučnici pripisuju zasluge istraživaču dodiplomskog studija Jasonu Duckeringu i inženjeru istraživanja Jeffu Bickelu iz Odeljenja za nuklearno inženjerstvo UC Berkelei. „Jasonove i Jeffove inženjerske sposobnosti bile su ključne za ovaj napor“, rekao je Hosemann. Tim, uključujući kolege sa postdoktorata Chaochao Dun-a i Jaeioo Choi-a, napravio je test maske i čestica tokom cele pandemije, počev od marta.
„Zaista smo uzbuđeni što smo ovaj novi N95 korisnički program za razvoj punjivih maski, kalupa za maske za 3D štampu i testova čestica za procenu kvaliteta doneli u Molekularnu livnicu Berkelei Lab“, rekao je Urban.
„Lepo je znati da će ono što razvijemo imati trenutni uticaj na stvarne aplikacije koje bi mogle da pomognu velikom broju ljudi mnogo ljudi. ”Molekularna livnica je DOE kancelarija za nauku koja se nalazi u laboratoriji Berkeley. Ovaj projekat podržava Američko odeljenje za energetiku Nacionalna virtuelna laboratorija za biotehnologiju: konzorcijum DOE nacionalnih laboratorija sa osnovnim sposobnostima relevantnim za pretnje koje predstavlja COVID-19, a finansira se prema Zakonu o pomoći i ekonomskoj bezbednosti od strane Koronavirusa (CARES) .
Maska i kalup za ponovno punjenje mogu biti dostupni za nezvanično licenciranje bez naknade po osnovu smernica za licenciranje COVID-19 kompanije Berkeley Lab.
Naučnici iz celog sveta oslanjaju se na laboratorijske kapacitete za istraživačku nauku. Berkelei Lab je multiprogramska nacionalna laboratorija, kojom upravlja Kalifornijski univerzitet za Kancelariju za nauku američkog Ministarstva energetike. DOE-ova Kancelarija za nauku je najveća podrška osnovnih istraživanja prirodnih nauka u Sjedinjenim Državama i radi na rešavanju nekih od najbitnijih izazova našeg vremena.
