N95 -naamarin kertomaton alkuperätarina

Aikamme tärkein suunnittelukohde oli valmistumassa yli vuosisadan.

N95 -naamarin kertomaton alkuperätarina

On vaikea kuvitella COVID-19-symbolia, joka olisi raskaampi kuin N95-hengityssuojain. Maski sopii tiiviisti kasvojen ympärille ja pystyy suodattamaan 95% ilmassa olevista hiukkasista, kuten viruksista, ilmasta, mitä muut suojavarusteet (kuten kirurgiset naamarit) eivät voi tehdä. Se on hengenpelastuslaite, joka on nyt käytössä vaarallisen vähäinen tarjonta . Sellaisena se on edustanut äärimmäisiä haasteita maailmanlaajuisessa vastauksessa COVID-19-tautiin.



Miten hauraasta polymeerikupista tuli 2000 -luvun merkittävin terveyslaite? Kaikki alkoi vuonna 1910 vähän tunnetulla lääkärillä, joka halusi pelastaa maailman yhdeltä kaikkien aikojen pahimmista sairauksista.

Ensimmäiset naamarit olivat hajujen lopettamista

Palatessamme vielä pidemmälle - kauan ennen kuin ymmärsimme, että bakteerit ja virukset voivat kellua ilmassa ja tehdä meistä sairaita - ihmiset improvisoivat naamioita peittääkseen kasvonsa, sanoo Christos Lynteris. Lynteris on St. Andrewsin yliopiston sosiaaliantropologian laitoksen vanhempi luennoitsija, joka on lääketieteellisten naamiohistorian asiantuntija.

Hän viittaa renessanssikauden maalauksiin, joissa ihmiset peittävät nenänsä nenäliinalla sairauden välttämiseksi. Siellä on jopa maalauksia Marseillesta vuonna 1720, joka oli bubonisen ruton keskipiste, ja joissa näkyy hautausmiehiä ja ihmisiä, jotka käsittelevät ruumiita kankaalla kasvojensa ympärillä, vaikka rutto leviää rotilla kulkevien kirppujen puremista.



Sen ei ollut tarkoitus olla tartuntaa vastaan, Lynteris sanoo käytännöstä. Syy, miksi nämä ihmiset käyttivät kangasta suunsa ja nenänsä ympärillä, olivat tuolloin yleisesti sitä mieltä, että rutto, kuten rutto, olivat miasmaa tai maasta tulevia kaasuja. Sen tarkoituksena ei ollut suojella sinua toiselta henkilöltä, he uskoivat, että ilmakehässä oli rutto - turmeltunut ilma.

Kupari kaiverrus tohtori Schnabel, rutto lääkäri 1600 -luvun Roomassa. [Kuva: Wiki Commons ]

Miasma -teoria ajoi 1600 -luvulla kaikkialla Euroopassa nähtyjen surullisen rutto -naamioiden suunnittelun, joita käyttävät lääkärit, jotka tunnistivat ruton ja merkitsivät tartunnan napauttamalla niitä tikulla. Nämä pitkänomaiset naamarit muistuttivat suuria lintu nokkoja ja niissä oli kaksi sieraimen aukkoa naamion reunassa, jotka olivat täynnä suitsukkeita. Ihmiset ajattelivat, että suojautumalla ruton hajuilta heidät suojeltaisiin itse ruttoa vastaan.



Haju aiheuttaa sairauksia. Tämä [ajatus] jatkui aina 1800 -luvun alkuun asti, sanoo Lynteris. (On syytä huomata, että 200 vuotta myöhemmin ranskalainen lääkäri Antoine Barthélemy Clot-Bey väitti, että lintujen kaltaiset ruttonaamarit olivat itse vastuussa ruton leviämisestä, koska ne pelottivat ihmisiä ja pelästynyt ruumis oli suuremmassa vaarassa sairauden vuoksi.)

miten päästä hallintoon

1870 -luvun lopulla tutkijat oppivat bakteereista. Miasma putosi muodista, kun moderni mikrobiologia -ala syntyi. Ja kuitenkin, mitä seuraavaksi tapahtui, näytti paljon samalta kuin mitä ennen - miinus kammottavat linnut. Ajattelemme usein tieteellisten paradigmien muutoksia, jotka johtavat katkoksiin, mutta kaikki tekniikat, joita käytettiin bakteereja vastaan ​​1800 -luvun loppuun mennessä, olivat [riffejä] miasman tekniikoista.

Kunnioitettu nenäliina

Lääkärit alkoivat käyttää ensimmäisiä kirurgisia maskeja vuonna 1897. Ne olivat vain kasvojen ympärille sidottu ylistetty nenäliina, eikä niitä ollut suunniteltu ilmassa leviävien tautien suodattamiseen - se ei ole kirurgisten maskkien tarkoitus vieläkään. Niitä käytettiin (ja käytetään) estämään lääkäreitä yskimästä tai aivastamasta pisaroita haavoille leikkauksen aikana.



Tämä ero naamarin ja hengityssuojaimen välillä on tärkeä. Sen miksi terveydenhuollon ammattilaiset ovat järkyttyneitä siitä, että heitä kehotetaan käyttämään kirurgisia maskeja kun hengityssuojaimia ei ole saatavilla. Maskit eivät ole vain valmistettu eri materiaaleista; ne sopivat löysästi kasvoille, joten hiukkasia voi tulla sivulta. Hengityssuojaimet luovat ilmatiiviin tiivisteen, jotta ne itse suodattavat hengityksen.

Ensimmäinen moderni hengityssuojain syntyy rutosta ja rasismista

Terveydenhuollon työntekijät rutto-naamioissa vuoden 1911 Manchurian ruton aikana. [Kuva: kohteliaisuus Cambridgen yliopisto/Taiteen, humanististen ja yhteiskuntatieteiden tutkimuskeskus (CRASSH, Cambridgen yliopisto)/The University of Hong Kong Libraries]

Syksyllä 1910 Manchuriassa - nykyään Pohjois -Kiinassa - puhkesi rutto, joka hajosi Kiinan ja Venäjän välisillä poliittisesti monimutkaisilla lainkäyttöalueilla.

Se on apokalyptinen. Uskomatonta. Se tappaa 100% tartunnan saaneista, kukaan ei selviä. Ja se tappaa heidät 24-48 tunnin kuluessa ensimmäisistä oireista, sanoo Lynteris. Kukaan ei ole törmännyt tällaiseen nykyaikana, ja se on samanlainen kuin Black Deathin kuvaukset.

spotify google home mini ei ilmainen

Seurauksena oli tieteellinen aseiden kilpaileminen, jotta voitaisiin päätellä, mikä aiheutti ruttoa ja lopettaa se. Sekä Venäjä että Kiina haluavat osoittautua tarpeeksi kelvollisiksi ja tieteellisiksi, koska se johtaisi suvereniteettivaatimukseen, Lynteris sanoo. Kenelle tahansa riittävän tieteelliselle on annettava määräysvalta tällä rikkaalla ja tärkeällä alueella.

Kiinan keisarillinen tuomioistuin kutsui Lien-teh Wu -nimisen lääkärin johtamaan ponnistelujaan. Hän syntyi Penangissa ja opiskeli lääketiedettä Cambridgessa. Wu oli nuori ja puhui kurjaa mandariinia. Rutto, joka herätti nopeasti kansainvälistä huomiota ja lääkäreitä ympäri maailmaa, hän oli Lynterisin mukaan täysin merkityksetön. Mutta suorittaessaan ruumiinavauksen yhdelle uhrista Wu päätti, että rutto ei leviä kirppujen kautta, kuten monet epäilivät, vaan ilman kautta.

Laajentaen leikkausmaskeja, jotka hän oli nähnyt lännessä, Wu kehitti kovemman naamion ja puuvillan, joka kietoutui tukevasti kasvojen ympärille ja lisäsi useita kerroksia kangasta inhalaatioiden suodattamiseksi. Hänen keksintönsä oli läpimurto, mutta jotkut lääkärit epäilivät edelleen sen tehokkuutta.

On kuuluisa tapahtuma. Hänet kohtaa alueen kuuluisa vanha käsi, ranskalainen lääkäri [Gérald Mesny]. . . ja Wu selittää ranskalaiselle lääkärille teoriansa, jonka mukaan rutto on keuhkokuume ja ilmassa, Lynteris sanoo. Ja ranskalainen kaveri nöyryyttää häntä. . . ja hyvin rasistisesti sanoen: 'Mitä voimme odottaa kiinalaiselta?' Todistaakseen tämän, [Mesny] menee ja käy sairaiden luona rutto -sairaalassa ilman Wun naamaria, ja hän kuolee kahden päivän kuluttua ruttoon.

Muut alueen lääkärit kehittivät nopeasti omat naamionsa. Jotkut ovat . . . täysin outoja asioita, Lynteris sanoo. Huput, joissa on lasit, kuten sukellusmaskit.

Mutta Wun naamio voitti, koska empiirisessä testauksessa se suojeli käyttäjiä bakteereilta. Lynterisin mukaan se oli myös hieno muotoilu. Se voitaisiin rakentaa käsin materiaaleista, jotka olivat halpoja ja valmiita. Tammikuun ja helmikuun 1911 välisenä aikana maskien tuotanto kasvoi tuntemattomiin lukuihin. Lääkintähenkilöstö käytti niitä, sotilaat käyttivät niitä, ja jotkut jokapäiväiset ihmiset käyttivät niitä. Se ei ainoastaan ​​auttanut estämään ruton leviämistä; maskeista tuli modernin lääketieteen symboli, joka näytti epidemialta suoraan silmiin.

Wun naamiosta tuli nopeasti ikoni kansainvälisten sanomalehtien kautta. Naamio oli hyvin uusi asia. . . se vaikutti kummallisuuksiin, joita lehdistö rakasti, mutta kuvittelette mustavalkoisen valokuvan, jossa on valkoinen naamio-se lukee hyvin, Lynteris sanoo. Se on markkinointimenestys.

virtuaalitodellisuuspelit verkossa ilmaiseksi

Raitiovaunun kapellimestari ja matkustaja Seattlessa maskeja käytettäessä vuoden 1918 pandemian aikana. [Kuva: Wiki Commons ]

Kun espanjalainen flunssa saapui vuonna 1918, Wun naamio oli tunnettu tiedemiesten ja jopa suuren yleisön keskuudessa. Yritykset ympäri maailmaa lisäsivät vastaavien maskkien tuotantoa influenssan leviämisen hillitsemiseksi.

N95 on tarkoitettu teollisuudelle, mutta saapuu juuri ajoissa sairaaloihin

N95 -naamio on Wun suunnittelun jälkeläinen. Ensimmäisen ja toisen maailmansodan aikana tiedemiehet keksivät ilmansuodattavia kaasunaamioita, jotka kietoutuivat koko pään ympärille ilmanpuhdistuksen puhdistamiseksi. Samanlaisia ​​maskeja, joissa oli lasikuitusuodattimia, alettiin käyttää kaivosteollisuudessa mustan keuhkojen estämiseksi.

Kaikki hengityssuojaimet olivat näitä jättimäisiä, kaasunaamarin näköisiä asioita, sanoo Nikki McCullough, N95-hengityssuojaimia valmistavan 3M: n työterveys- ja työturvallisuusjohtaja. Peset ne pois yöllä ja voit käyttää niitä uudelleen.

[Kuva: 3M]

Tämä laite pelasti ihmishenkiä, mutta se oli raskasta, ja suuri syy siihen, miksi suodattimet olivat. Lasikuitu vaati paljon vaivaa hengittääkseen, ja koko pään kotelot olivat kuumia käyttää. 1950 -luvulle mennessä tiedemiehet alkoivat ymmärtää asbestin hengittämisen vaarat, mutta asbestin kanssa työskentelevät ihmiset eivät halunneet käyttää suuria hengityssuojaimia. Kuvittele työskenteleväsi rakennustöissä 85 asteen kuumuudessa ja pääsi käärittyinä kumiin suojataksesi näkymättömältä uhalta.

Noin samaan aikaan entinen sisustustoimittaja Talo Kaunis aikakauslehti Sara Pikku Turnbull aloitti neuvottelut 3M: n lahjapakkausdivisioonan kanssa. Jäykkien nauhojen valmistamiseksi yhtiö oli kehittänyt tekniikan sulavan polymeerin ottamiseksi ja puhaltamiseksi ilmakuplaksi pienistä kuiduista. Turnbull huomasi kuitenkin suuremman potentiaalin tähän prosessiin, ja hän alkoi kokeilla olkatyynyjen materiaalia ja hyödyntää muotialan yhteyksiä neuvoja varten. Sitten vuonna 1958 hän piti 3M: ssä esityksen yksinkertaisesti: Miksi, mikä selitti, miksi 3M: n pitäisi mennä tähän kuitukangastuotteiden liiketoimintaan laajemmin. Hän esitteli yli 100 tuoteideaa tekniikalle, ja hänet määrättiin suunnittelemaan valetut rintaliivit.

Mutta 50 -luvun loppu oli kova Turnbullille, joka vietti paljon aikaa sairaiden perheenjäsenten luona sairaaloissa. Hän menetti kolme rakastaansa nopeasti peräkkäin. Ja surusta tuli uusi keksintö: 3M: n vuonna 1961 julkaisema kuplakirurginen maski, joka kyllä ​​saa inspiraationsa rintaliivien kupista. Kun 3M oppi, ettei se pysty estämään taudinaiheuttajia, naamio muutettiin uudelleen pölynaamariksi.

Trumbullin luonnos kirurgiseen naamioon, joka perustuu hänen 3M -rintaliivinsuunnitteluunsa. [Kuva: Design -instituutin keskus ]

Tietenkin oli vaikeaa rakentaa standardeja sellaisten asioiden ympärille, joita ei vielä edes ollut olemassa - lääketieteen tai työpaikan turvallisuuden kannalta. 1970 -luvulle mennessä Bureau of Mines ja National Institute for Työturvallisuus- ja työterveyslaitos ryhtyivät yhdessä luomaan ensimmäiset kriteerit kertakäyttöisille hengityssuojaimille. Ensimmäinen kertakäyttöinen N95-pölyhengityssuojain, sellaisena kuin me sen tunnemme, on 3M: n kehittämä ja hyväksytty 25. toukokuuta 1972. (Turnbull itse konsultoi tätä linjaa 1980-luvulle asti-ja monille muille yritysasiakkaille, kuten General Mills, Ford, Corning, ja Revlon.) Yritys suunnitteli lasikuitujen sijaan teknologian, jonka se oli kehittänyt jäykempien lahjanauhojen tekemiseksi oikeaksi suodattimeksi. Mikroskoopin alla he näyttävät siltä, ​​kuin joku olisi pudonnut nippu tikkuja - ja niiden välissä on valtavat tilat, McCullough sanoo.

Vuoden 2019 pallon pudotus suoratoisto

Kun hiukkaset, olivatpa sitten piidioksidia tai viruksia, lentävät tähän sauvojen sokkeloon, ne jumittuvat ja tekevät käännöksiä. Ja mitä pidempään käytät N95 -hengityssuojainta, sitä tehokkaammin se suodattaa hiukkasia. Lisää hiukkasia vain auttaa suodattamaan enemmän hiukkasia. Mutta hengitys vaikeutuu ajan myötä, kun kuitujen välissä olevat aukot tukkeutuvat hiukkasiin, minkä vuoksi N95 -hengityssuojainta ei voi käyttää yli kahdeksan tuntia kerrallaan hyvin pölyisessä ympäristössä. Se ei lopeta suodatusta; se vain estää sinua hengittämästä mukavasti.

Totuus on kuitenkin, että nämä fyysiset esteet ovat vain toissijainen tapa, jolla N95 -maski suodattaa hiukkaset. Tärkein syy N95 -naamarin toimintaan on sen sisällä näkymättömän sähkövarauksen ansiosta. Ja tämä maksu kehitettiin vielä yhden avainhahmon: tohtori Peter Tsain myötävaikutuksella.

Tsai on nyt eläkkeellä oleva taiwanilainen amerikkalainen materiaalitieteilijä, joka vietti uransa tutkijana Tennesseen yliopistossa. Hänen laboratorionsa kehitti 1980 -luvulla suihkumikrokuituteknologiaa, jota 3M ja Turnball olivat työskennelleet vuosien ajan.

Siihen asti kaikki naamarit suodatettiin mekaanisesti. Tämä tarkoittaa sitä, että kun hiukkanen lensi edellä mainitun sokkelon läpi, se osui usein kuituun matkan varrella ja jumittui. Tajusimme, että jos voisimme laittaa varauksia kuituihin, niin mekaanisen voiman lisäksi on myös staattista voimaa, Tsai sanoo. Staattisella vetovoimalla hiukkanen voidaan vetää suodatinta kohti samalla periaatteella, jonka avulla voit kiinnittää ilmapallon puseroosi talvella.

töitä raskauden aikana

Vuonna 1992 Tsain laboratorio kehitti prosessin sähköstaattisen varauksen lisäämiseksi materiaaleihin. 3M lisensoi pian Tsain prosessin Tennessee-yliopiston kautta tekemään nyt kuuluisat N95-naamarit.

Ilman tätä sähköstaattista varausta N95: t eivät toimisi läheskään yhtä hyvin kuin ne. Kuten Tsai kuvailee, N95-naamion huokoskoko on noin 20 mikronia (mikä tekee siitä hengittävän), kun taas SARS-CoV-2-viruksen koko on vain 0,02-0,08 mikronia. Sähköstaattinen varaus ratkaisee tämän kokoeron ja lisää maskin tehokkuutta 10 kertaa. Toisin sanoen syy N95 -naamariin voi toimia lähinnä sen sisällä piilevässä sähkövarauksessa eikä itse materiaalin rakenteessa. Silti Tsai huomauttaa, että N95 tuli markkinoille hyvin vähäisellä fanfarilla 1990 -luvulla.

Keksintöni ei ole erityinen, Tsai sanoo, mutta tämä on erityinen aika.

Hengityssuojaimia käytettiin teollisissa sovelluksissa vuosikymmeniä, ennen kuin hengityssuojaimen tarve kääntyi takaisin kliinisiin olosuhteisiin 1990-luvulla lääkekestävän tuberkuloosin noustessa. HIV: llä oli paljon tekemistä sen leviämisen kanssa immuunipuutteisilla potilailla, mutta tuberkuloosi tartutti myös monia terveydenhuollon työntekijöitä. Ilmassa leviämisen estämiseksi N95 -standardit päivitettiin terveydenhuollon asetuksiin, ja lääkärit alkoivat käyttää niitä tuberkuloosipotilaita auttaessaan. Silti hengityssuojaimia käytetään harvoin sairaaloissa tähän päivään asti, koska vain COVID-19-taudinpurkaukset edellyttävät niin paljon suojaa.

Kuten Lynteris ja monet muut huomauttavat, hengityssuojain ei koskaan haalistunut Kiinan merkityksestä. Wu löysi edelleen Kiinan version CDC: stä, jäi vähäiseksi Nobel -palkinnon voittamisesta ja esiintyi monissa elämäkerroissa (mukaan lukien oma omaelämäkerta). Viime aikoina, SARS -epidemian aikana, Kiinassa ihmiset käyttivät kasvonsuojaimia sairauksien leviämisen estämiseksi. Sitten kun saastuminen valtasi Pekingin kaltaiset kaupungit, he käyttivät hengityssuojaimia saastumisen suodattamiseen.

N95 -hengityssuojain ei ole täydellinen. Sitä ei ole suunniteltu tiivistämään hyvin lasten tai kasvojen karvojen kasvoja, ja jos se ei tiivisty, se ei toimi mainostetun mukaisesti. Lisäksi riskialttiissa leikkaushuoneissa käytettävissä N95-versioissa ei ole uloshengitysventtiiliä, joten ne voivat tulla erityisen kuumiksi.

Mutta N95 -hengityssuojain kehittyi satojen vuosien aikana vastauksena useisiin kriiseihin. Tämä kehitys jatkuu vain COVID-19-pandemian aikana ja sen jälkeen. McCullough sanoo, että 3M arvioi jatkuvasti uudelleen N95 -hengityssuojainta ja säätää kaikkea suodattimistaan ​​ergonomiaan. Äitini sanoisi, että ne näyttävät suunnilleen samalta [kuin vuonna 1972], mutta haluamme heidän näyttävän yksinkertaisilta, jotta niitä on helppo ja intuitiivinen käyttää, McCullough sanoo. Parannamme aina tekniikkaa. Meillä on tuhansia 3M: n tutkijoita työskentelemässä [sen] parissa.