研究人员开发廉价系统 以非常简单的方式对口罩进行去污染

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据报道,新冠病毒(COVID-19)病例正在增加,这反映了在欧洲和全球其他地方新冠病毒越来越肆虐。


同时,供应链问题可能会导致过滤面罩呼吸器(例如N95口罩)的供应有限。然而,在美国和国外的许多资源有限的医院中,仍然没有解决净化个人防护设备(PPE)的策略。

在生物医学工程师Jason Gleghorn的带领下,特拉华大学的研究人员设计了一种系统,该系统使用在任何五金店均可买到的现成材料对N95口罩进行消毒,并结合实验室中的C型紫外线灯。


UD开发的方法能够提供比更昂贵的方法类似的去污效果,且材料成本约为50美元。


UD生物医学工程副教授Gleghorn表示:“我们专注于节俭科学,您如何以一种非常简单的方式对PPE进行去污染,该方式可以轻松扩展以实现高通量,从而使任何医疗机构都可以在全球范围内使用它。”


一个简单的解决方案


该项目是由格雷格霍恩实验室的一名博士候选人雷切尔·吉尔伯特(Rachel Gilbert)于今年早些时候提出来的,因为她得知医学领域的朋友日复一日地重复佩戴相同的N95口罩。


吉尔伯特说:“当然,这得益于媒体对这个问题的宣传,现在这个问题已经广为人知,但是这激发了我的思考。”


她知道UV-C光通常用于研究实验室中发现的各种材料和设备的灭菌。她想知道这种技术是否可以重新设计用于以低成本,可扩展的方式去专门消毒用于前线工作人员的口罩。


紫外线杀菌辐射(UVGI)已被验证为在使用之前对口罩进行消毒的有效方法。UVGI系统通常用于对工作环境,手术室,设备和救护车进行消毒,但并非所有医疗机构都可以使用这种昂贵的商用消毒设备。就是说,许多UV-C灯泡闲置在大学实验室和研究设施的生物安全柜中。


“与其他需要花费数万美元的手术室紫外线系统或运送口罩进行消毒,能够提供现场可用的消毒的东西非常重要。 ”吉尔伯特补充说。


当她与前消防员和重症监护医生格莱霍恩(Gleghorn)讨论这个想法时,他立即同意了。吉尔伯特称这项工作是巨大的,团队协作的工作。许多实验室成员共同在家中工作,共同阅读文献,找出解决方案,然后去五金店并在四月新冠病毒大流行的高峰期筹备创建。


解决问题和将系统组合在一起仅花费了几周的时间,但是确保同行评审的时间却更长。


格雷格霍恩说:“同行评审是该过程的重要组成部分。尽管我们希望它能更快地发展,但是有一个原因是科学界对创新进行了严格的审查。” “我们需要确保科学是健全的,我们开发的方法对人们是安全的。”


使用基本资源


现在,我们来进一步了解该方法的工作原理。


并排放置两个N95口罩,无法确定哪个口罩(如果有的话)被新型冠状病毒SARS-CoV-2污染。


研究团队构建的系统可以对常见的荧光灯灯具进行改造,以固定专用UVGI灯泡并为其供电。这样,除了特定的光布置和用于反射镜的锡纸覆盖的纸板之外,还可以创建人们可以进行的多种去污布置。为了确认UV-C灯是否有效,研究人员进行了大量的数学计算和建模,以确保重新使用的灯发出的UV辐射强度正确,并且N95口罩接受了正确的UV暴露以对口罩进行消毒。


团队使用简单易懂的语言开发了可免费下载的构建说明,其中包含大量图片,并在Gleghorn实验室网站上免费提供给群众。这些指导强调紫外线安全性,并由于需要专用设备(例如UV-C强度计)而着重于医疗保健。它们还包括测量UV-C强度的预防措施,以确保系统在足够长的时间内进行消毒以提供正确程度的UV强度。


详细的安装说明也包括详细信息,例如,为了使有效性最大化,应将掩模间隔多远。这很关键,因为将它们放置得太近会产生阴影,从而阻止全面的UV-C净化。


重要的是,这不是家用设备。


吉尔伯特说:“您需要适当的个人防护设备来处理紫外线,因为这会破坏DNA并引起安全隐患。”


但是,这种破坏性特征正是使UV-C光可用于净化PPE的原因。


格雷格霍恩解释说:“紫外线导致病毒DNA分解并失效。”


“因此,这种病毒到现在为止您还看不到,但可能仍会黏附在您身上,但是内部的遗传物质将被分割,并且将没有正确的复制机制。”


该研究团队邀请了UD混合,活性和响应材料中心的前全球工程总监,现任执行总监Kim Bothi来帮助他们思考扩大项目规模的方法。她也具有消防和紧急医疗技术人员的经验,在全球范围内整合新想法的专业知识。


博蒂利用她的全球专业知识和关系来招募世界各地的志愿者,以将构建说明翻译成具有特定区域信息的多种语言。到目前为止,这些指示已翻译成法语,西班牙语,葡萄牙语,俄语和德语。迄今为止,已有52个国家/地区的用户访问了1,060次构建计划。


她还正在制定政策简报,与特拉华州的国会代表团分享研究小组的方法。此外,博蒂还将信息传递给与肯尼亚医学研究所和全球其他非政府组织合作的同事。


她说:“就像其他任何技术或创新一样,我们现成的去污方法只有在人们意识到这一点时才会产生影响。”


研究人员承认,口罩的重复使用并不理想,但他们也认识到,并非所有医院或其他患者护理设施都配备了足够的PPE来满足危机中的需求,因此在紧急情况下可能需要急救人员重新使用口罩。


这包括医生,护士和紧急应变人员,但也包括可能正在清洗,消毒或准备患者护理空间的幕后员工。除医院外,个人防护设备还遍布全球的居民设施和乡村诊所,这些地方可能无法获得足够的资源。


在一个理想的世界中,Botoi希望学术机构和研究机构与医院系统携手合作,以将这些现成的系统放置在需要的地方。


例如,肯尼亚是撒哈拉以南非洲的一个国家,拥有相当健全的医疗体系。但是,该国仍面临着令人难以置信的PPE短缺。


该小组在《全球健康:科学与实践》杂志的一篇论文中发表了他们的方法。


该作品的其他合著者包括Gleghorn的跨学科研究生和研究团队,其研究领域从生物医学工程到生物科学,化学和生物化学以及化学和生物分子工程。除吉尔伯特(论文的主要作者)外,研究生团队还包括阿里森·M·当,迈克·J·唐扎蒂,克里斯汀·L·哈特姆,布里埃尔·海沃德·皮亚科夫斯基,丹尼尔·J·米纳汉,凯瑟琳·M·纳尔逊和茉莉花·西拉齐。有关去污系统的更多信息,请访问Gleghorn Lab网站。


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