Az elmúlt fél évben fél évszázadnyit fejlődött a védőmaszkgyártás a járvány miatt

Nincsen túlélhető és fenntartható jövőnk tudomány nélkül, ahogy nekünk sincsen nélkületek. Támogasd a Qubit munkáját!

Az év elején, amikor a koronavírus-járvány felütötte a fejét Kínában, Jiaxing Huang, a Northwestern Egyetem anyagtudomány-professzora az elsők között jelentkezett, hogy segítséget nyújtson a SARS-CoV-2 vírus megfékezésében, és erre biztatta munkatársait is. Huang anyagkutató, nem epidemiológus, de úgy látta, hogy a járvány elleni védekezés közös ügy, amiből senki nem vonhatja ki magát.

„Azzal próbáltam motiválni a kollégáimat és a diákjaimat, hogy bár nem lehetünk ott a vírussal vívott harc frontvonalában, még így is segíthetünk. Hosszú távú erőfeszítéseinkkel nemcsak a mostani, hanem a jövőben várható járványok ellen is segítséget nyújthatunk”

mondta Huang, aki nemcsak a szakmai párbeszéd felgyorsítását sürgette, hanem a Nemzeti Tudományos Alapítványnak (National Science Foundation, NSF) is elküldte a javaslatait. Értő fülekre talált, hiszen az NSF azóta számos, nem csak orvosi célú kutatási ösztöndíjat indított a járvány elleni védekezéshez. Elsőként Huang munkásságát díjazták: a professzor 200 000 dollárt kapott egy vírusgyilkos vegyi védőréteg kifejlesztéséért, ami a hagyományos sebészmaszkok koronavírus elleni védekezőképességét javíthatja.

Védőmaszk: az ártalomcsökkentés frontvonala

A maszkok iránti kereslet a sokszorosára nőtt a járvány kitörése óta, de a hirtelen és váratlan készlethiány alaposan fölverte az árakat. Világossá vált, hogy mekkora szükség van olcsó, hatékony és újrahasznosítható vírusbiztos védőmaszkokra. Egyetemi kutatóintézetek, állami egészségügyi szervezetek és független startupok egymással versengve dolgoznak az újabb megoldásokon. A vírus legyőzése nem az ő dolguk, ők a védekezésben segíthetnek. És, tetszik vagy sem, a koronavírus elleni védekezés jelenleg ismert leghatékonyabb eszköze a védőmaszk.

A koronavírus esetében minden ártalomcsökkentő eszköznek számít, ami megnehezíti, hogy a vírus a légutakba kerüljön. Ezért alapvetően három dolgot tehetünk:

  • maszkot hordunk;

  • rendszeresen kezet mosunk;

  • és három lépés távolságot tartunk másoktól.

George Rutherford, a San Franciscó-i Kaliforniai Egyetem epidemiológusa úgy gondolja, hogy már a járvány elejétől a maszkviselés fontosságát kellett volna hangsúlyozni. A korai tudósításokban elsősorban az orvosi N95 maszkok és a sebészmaszkok hiányáról beszéltek, nem arról, hogy milyen fontos lenne mindenkinek maszkot hordania. A koronavírust a tünetmentes vírushordozók is terjesztik, de ha maszkot hordanának, ez sem lenne probléma. Már egy sál vagy egy kendő is felfoghatja a nagyobb, 20-500 mikrométer átmérőjű cseppeket, a kisebbek pedig nem juthatnak túl messzire, így kevesebb eséllyel fertőznek.

A kötelező maszkhordást sokan olyasféle túlkapásnak tartják, mintha néhány, lőfegyverrel elkövetett gyilkosság miatt köteleznének egész országokat golyóálló mellény viselésére. Peter Chin-Hong, az USA járványügyi központja, a CDC fertőzőbetegség-szakértője szerint az alacsony esetszám hamis biztonságérzetet adhat, de nem szabad erre támaszkodni, mert

  • egyrészt épp a maszkviselés tarthatja alacsonyan a megbetegedések számát;

  • másrészt az alacsony esetszám nem egyenlő a kisebb átfertőződöttséggel – az annak a jele is lehet, hogy az adott térségben keveset teszteltek.

A maszkviselés hatékonysága viszont bizonyítható. Azokban az országokban  – például a Távol-Keleten –, ahol járványok idején a maszkviselés előírás vagy a társadalmi norma része, jóval alacsonyabb a halottak és a fertőzöttek aránya. A begyűjtött epidemiológiai adatok szerint a kötelező maszkviselés kimutatható (és növekvő) mértékben csökkenti a fertőzési rátát: az első 5 napban 0,9, a következő 3 hétben 2 százalékponttal.

Chin-Hong és Rutherford szerint a háromlépcsős ártalomcsökkentés (amit angolul 3W – Wearing a mask / Washing your hands / Watching your distance – néven ismernek) legfontosabb eleme a maszkviselés. Kevés bizonyíték támasztja alá, hogy a szennyezett felületek megérintése komolyabb kockázati tényezőt jelentene, mint a cseppfertőzés – az ellen viszont csak a maszk nyújthat védelmet.

Szövetdarabtól az USB-s grafénhabig

A Duke Egyetem kutatói egy mobilkamera, egy lézer, egy fekete doboz és egy algoritmus felhasználásával tesztelték, hogy az egyes maszkok milyen biztonsággal védhetnek meg a koronavírus-fertőzéstől. Azt vizsgálták, hogy hány csepp jut át az egyes maszkokon, miközben a viselőjük beszél. A lézerfényben megtörő cseppeket a kamera rögzítette, a sűrűségüket pedig egy algoritmus értékelte; a begyűjtött adatok alapján rangsorolhatóvá vált a 14 vizsgált modell szűrőképessége.

A Duke Egyetem által tesztelt maszktípusok hatékonyságát lézerfényben megtörő folyadékcseppekkel tesztelték.Fotó: Duke University

A legjobb eredményt az arcformához illeszkedő FFP maszkkal érték el, amit a háromrétegű, pamutbevonatú sebészmaszk követett. Nem véletlenül lett a vírusbiztos maszkok Szent Grálja az orvosi felhasználásra szánt N95 maszk. (Az amerikai szabványnak ez a neve; az európai megfelelője az FFP.) Az FFP maszkok szűrőkkel és elektrosztatikus töltéssel blokkolják a 0,3 mikronnál nagyobb, nem olajalapú részecskék 95 százalékának mozgását. Noha a koronavírus ennél kisebb (átmérő: 0,05-0,2 mikron), az ennél finomabb szűrők légzési nehézségeket okoznának; az FFP maszkok inkább a több szűrőréteggel és az elektrosztatikus töltéssel képeznek több rétegű védelmet. Ez a technológia egyszer használható, mivel a párából, a tüsszentésből és kilégzésből származó nedvesség csökkenti a maszk elektrosztatikus töltését és ezzel párhuzamosan a hatékonyságát is. És ki venne fel újra egy maszkot, ami vírusokat ejthet csapdába?

A Duke Egyetem szakértői ugyanakkor arra figyelmeztettek, hogy a szelepes (valved) FFP maszkok csak a viselőjüknek nyújtanak védelmet, a környezetükben tartózkodóknak viszont nem; ilyen szempontból a szelep nélküli FFP teljesítménye jobb. Már csak azért is, mert a koronavírus a szemen keresztül is bejuthat a szervezetbe – vagyis biztonságot csak az adhat, ha mindenki olyan maszkot visel, ami másokat véd meg a fertőzéstől.

A legrosszabb eredményt a nyakra húzható maszkokkal (neck fleeces) érték el, ami nem csökkenti, hanem növeli a fertőzéskockázatot, mivel ezek kisebb darabokra bontják a folyadékcseppeket, amik – a nagyobbakkal szemben – tovább terjedhetnek a levegőben.

A maszkgyártás innovációját a koronavírus csak fellendítette, de nem ennek a hatására indult: már korábban is dolgoztak újrahasznosítható, jellemzően rézbevonatú filtereken és nanoszöveteken. A rezet gyakran használják szűrőbetétek gyártásához, mivel közismert vírus- és baktériumgyilkos hatása van: a koronavírust például 4 óra alatt elpusztítja. A pozitív töltésű rézionok magukhoz vonzzák a negatív töltésű vírusokat és baktériumokat, és megfosztják őket a szaporodóképességüktől – így kevesebb jut át a maszk pórusain. Egyes cégek réz helyett cinket és ezüstöt használnak, mivel a cink- és ezüstionok is hasonló módon semlegesítik a mikrobákat. A folytatásban bemutatunk néhány kezdeményezést, amik koronavírus-biztos védőmaszkok fejlesztését célozzák.

Vírusinaktiváló bevonat Portugáliából

A lisszaboni Molekuláris Gyógyszerkutató Intézet (IMM) kutatói által fejlesztett maszkon különleges bevonat található, ami inaktívvá teszi a felületén megtapadó koronavírust. Pedro Simas, az intézet vezető kutatója szerint a bevonat alig 30 perc alatt 99 százalékkal csökkenti a koronavírus fertőzőképességét. A védőréteg 50 mosás után sem veszít a hatékonyságából, így többször is használható. A vírusgyilkos védőbevonatot korábban sikerrel tesztelték a franciaországi Pasteur de Lille Intézetben – igaz, akkor még a H1N1 és a rotavírus kapcsán vizsgálták –, a maszk pedig megfelel az OKEO–Tex-szabványnak, vagyis nem tartalmaz egészségkárosító anyagokat.

Hevíthető szűrőbetét Amerikából

A Cincinnati Egyetem kutatói által fejlesztett maszkszűrők a vízszűrők technológiáját alkalmaznák a levegő részecskéire. A fűthető szénalapú nanocsöveket szövetalapú nanoszálakból és polimerekből készült anyagba ágyazták be. A nagy felületet elfoglaló, de parányi átmérőjű nanocsövek hatékonyan elválaszthatják a mikrobákat, a szénbetét hevítése pedig elpusztíthatja őket. A víztisztításban az eljárást már sikerrel használták; most megvizsgálják, hogy légszűrőként is beválik-e. A kutatást a CDC egészségvédelmi intézete is támogatja.

A Cincinnati Egyetem hevíthető szénbetétjének nanocsövecskéi.Fotó: Cincinnati University

Okosmaszk Japánból 

Nincs az a tárgy, amibe a japánok ne próbáltak volna mikrocsipet integrálni, és nincs ez másként a védőmaszkokkal sem. A C-Mask egy japán robotikai startup, a Donut Robotics saját fejlesztése. A védőmaszkra illeszthető (tehát nem önálló védőmaszkként működő) modul bluetooth-on kapcsolódik a felhasználók telefonjához, az ezen futó keretszoftver pedig felismerhető szöveggé alakítja a beszédet. Így szóbeli utasításokat adhatunk a telefonunknak (hívásindításra és üzenetküldésre), illetve kihangosíthatjuk a saját beszédünket, ami a maszk mögött kevésbé hallható. A fehér szilikonból készült C-Maskot ma a tokiói Haneda Repülőtér robot-idegenvezetői és tolmácsai használják, mivel a keretszoftver 8 különböző nyelvre fordíthatja le az emberi beszédet. A kész termék szeptembertől lesz kapható Japánban, 40 dollárért.

Sóbetét Kanadából

Hyo-Jick Choit, az Albertai Egyetem biomérnökét egy korábbi SARS-járvány tapasztalatai ösztönözték egy jobb minőségű maszk kifejlesztésére. Az általa készített sóalapú vírusvédő bevonatot arcmaszkok betétjeként lehet használni. A működési elv lényege, hogy a vírusokat terjesztő apró, kilélegzett páracseppek nedvességtartalma feloldaná a maszkokban található sót. Miután a nedvesség elpárolog, a só újrakristályosodik, és az elmélet szerint az új kristályok hegyes élei késként szabdalhatják szét a koronavírus külső sejtfalát. Choi szerint nagyjából még egy évig tarthat, hogy az eljárás laborkörülményeken kívül is használható legyen.

Hyo-Jick Choi, az Albertai Egyetem munkatársa, a sóalapú védőmaszkbetét fejlesztője egy kollégája társaságában.Fotó: Saostar

Cinkbomba Izraelből

Egy izraeli startup, a Sonovia a Bár-Ilán Egyetem kórházifertőzés-terjedésről szóló tanulmányát vizsgálva jutott el egy olyan technológia kifejlesztéséhez, ami magas frekvenciájú ultrahangok segítségével mechanikusan beágyazza a nanoméretű cink- és rézoxid-részecskéket a különböző szövetekbe – például maszkokba. A nanorészecskék az emberi egészségre ártalmatlanok, de ionkibocsátásuk semlegesíti a koronavírus körüli fehérjeréteget. A technológia egyik nagy előnye az újrafelhasználhatósága – állítólag több mint 90 mosást kibír –, de hogy mikorra lehet belőle kész termék, azt nem tudni. A Sonovia már több száz németországi és izraeli kórházba eljuttatta a technológiát, remélve, hogy meglátják benne a potenciált; addig is befektetőket keresnek, akik finanszíroznák a kereskedelmi forgalmazást.

Nanogyémánt Hongkongból

Egy hongkongi kutatóintézet, a Master Dynamic laborkörülmények között nevelt nanorészecskényi méretű ipari gyémántokkal bélelné ki a védőmaszkokat. A cég szerint a kimondottan erre a célra készült nanogyémántok a vírus burkolatához kötődve meggátolhatják annak szaporodóképességét. A Master Dynamic még idén piacra dobhatja a speciális bevonatot, amit szerinte a vásárlók többsége meg tud majd fizetni, mert bát igaz, hogy a gyémántról nem az olcsóság jut az ember eszébe, a porszemnél is kisebb nanogyémántok szerencsére nem drágák.

A hongkongi Master Dynamic védőmaszkgyártásban is használható ipari nanogyéméntja.Fotó: Master Dynamic

Lézeres grafén Izraelből

Egy másik izraeli startup a Ben Gurion Egyetem kutatóival együttműködve fejlesztette ki a lézerrel kezelt grafént tartalmazó maszkbetétet. Az így létrejött grafén porózus, vezetőképes anyaga csapdába ejtheti a baktérium- és vírusrészecskéket. Az elpusztításukról pedig a grafén áramvezető képessége gondoskodik: használat után levesszük a maszkot, majd egy áramforrásra csatlakoztatjuk – például egy USB-porton keresztül –, ami megöli a mikrobákat. A technológia fejlesztésén már régóta dolgoznak: eleinte víz- és légszűrő berendezésekbe szánták, de a koronavírus megjelenése után a védőmaszk-kompatibilis felhasználásra váltottak. Christopher Arnusch a Wirednek azt mondta, hogy a fejlesztés még a kísérleti stádiumban tart: a bevezetéshez további kutatásokra és jóváhagyásokra van szükség, és az is kérdéses, hogy a technológiát elég olcsóvá tudják-e tenni a tömeggyártáshoz.

Gyilkos szövet Izraelből 

A Sonovia technológiájához hasonlóan az Argaman Technologies fejlesztése is a rézionok pozitív töltésével ejtené csapdába és tenné szaporodásképtelenné a vírusokat; ehhez réz-oxid részecskékbe ágyazott pamut- és poliészterszálakat használnak, valamint egy nanoszövet-membránt, ami állítólag kiszűrheti a kórokozókat. A kész termék már megrendelhető a gyártó hivatalos honlapjáról, de a megbízhatóságuk – akárcsak a többi, itt bemutatott modellé – olyan szempontból kérdéses, hogy az amerikai Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hatóság (FDA) még egyetlen vírusvédő maszk forgalmazását sem támogatta.

De bármelyik maszkot válasszuk is, egyet tartsanak szem előtt: a legdrágább modell sem ér semmit, ha kilógatják belőle az orrukat.

Ha tetszik, amit csinálunk, ha te is fontosnak tartod, hogy magyar nyelven legyen egy okos és közérthető lap, ami nem a politikai barikádok csatazajáról tudósít, hanem a ránk váró – bátran mondjuk ki, ez az év is megmutatta, mennyire nem túlzás ez – civilizációs kihívásokkal foglalkozik, ami fel meri tenni a jövőnkkel kapcsolatos igazi kérdéseket, és meg is mutatja a modern tudomány válaszait mindezekre, nos ha ez szerinted is olyan égetően fontos, ahogy mi gondoljuk: heroikus munkát végző öt újságíróval, sok tucatnyi kutatóval és csak egy egészen kicsi kiadóval a hátunk mögött, akkor támogasd a munkánkat rendszeresen – számít a segítséged!

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: