Massefremstilling af engangsansigtsskærme til Covid-19-respons

Manglen på personlige værnemidler (PPE) til rådighed for sundhedspersonale er blevet stadig mere problematisk, efterhånden som Covid-19-tilfældene fortsætter med at stige. Den store mængde PPE, der er nødvendig for at holde både læger og deres patienter sikre i denne nuværende krise, er skræmmende - for eksempel vil der være brug for titusinder af engangsansigtsskærme i hele landet hver måned. Denne uge, et hold fra MIT lancerede massefremstilling af en ny teknik for at imødekomme den store efterspørgsel efter engangsansigtsskærme.

Ansigtsskærmdesignet i et stykke vil blive lavet ved hjælp af en proces kendt som udstansning. Maskiner vil skære designet fra tusindvis af flade ark i timen. Når kasser med disse flade lagner ankommer til hospitalerne, Sundhedspersonale kan hurtigt folde dem til tredimensionelle ansigtsskærme, før de justerer for korrekt ansigt.

"Disse ansigtsskærme skal laves hurtigt og til lave omkostninger, fordi de skal være til engangsbrug, " forklarer Martin Culpepper, professor i maskinteknik, direktør for Project Manus, og et medlem af MIT's ledelsesteam om fremstillingsmuligheder for Covid-19. "Vores teknik kombinerer billige materialer med en højhastighedsfremstillingsproces, der har potentialet til at imødekomme behovet for ansigtsskærme i hele landet."

Culpepper og hans team hos Project Manus stod i spidsen for udviklingen af ​​teknikken i samarbejde med en række partnere fra MIT, lokale hospitaler, og industri. Holdet har arbejdet tæt sammen med MIT Medical Outreach og Crisis Management Unit etableret af Vice President for Research Maria Zuber og ledet af professor Elazer R. Edelman.

Indledende fremstilling af skjoldene vil blive udført af Polymershapes, baseret i Boston, Massachusetts med planer om at udvide over hele landet gennem femoghalvtreds yderligere Polymershapes-lokationer.

Forlænger levetiden for ansigtsmasker

Når det bruges korrekt, ansigtsmasker bør skiftes hver gang en læge eller sygeplejerske behandler en ny patient. Imidlertid, i løbet af den seneste måned er mange sundhedsprofessionelle blevet bedt om at bære én ansigtsmaske om dagen. Den ene maske kunne bære viruspartikler på sig - hvilket potentielt kan bidrage til spredningen af ​​Covid-19 på hospitaler og bringe sundhedspersonale i fare.

"Manglen på tilstrækkeligt beskyttelsesudstyr eller ideen om at genbruge potentielt forurenet udstyr er især skræmmende for sundhedspersonale, der sætter deres liv, og i forlængelse heraf deres familiers liv og velfærd, på linjen hver dag, " forklarer Edelman, Direktør for MIT's Institut for Medicinsk Teknik og Videnskab, Edward J. Poitras professor i medicinsk teknik og videnskab, og leder af MIT's PPE task force, som Culpepper tjener på.

Ansigtsskærme kan løse dette problem ved at give en anden enhed til beskyttelse, der dækker hele ansigtet, tilføjer et lag af beskyttelse, dækker masker og mere, mens ansigtsmasker og åndedrætsværn forlænger levetiden. Skjoldene er lavet af klare materialer og har en form, der ligner en svejsemaske. De beskytter sundhedspersonalet og deres ansigtsmaske mod at komme i direkte kontakt med viruspartikler, der spredes gennem hoste eller nysen.

"Hvis vi kan bremse den hastighed, hvormed sundhedspersonale bruger ansigtsmasker med engangsansigtsskærm, vi kan gøre en reel forskel i at beskytte deres sundhed og sikkerhed, " forklarer Culpepper.

Culpepper og hans team hos Project Manus satte sig for at designe en ansigtsskærm, der hurtigt kunne produceres i en skala, der er stor nok til at imødekomme den voksende efterspørgsel. De landede på et fladt design, som folk hurtigt kunne folde ind i en tredimensionel struktur, når skjoldet var klar til brug. Deres design inkluderer også ekstra beskyttelse med flapper, der foldes under nakken og over panden.

Da meget af MIT's campus gik i stå i lyset af foranstaltninger til social distancering, der blev indført, Culpepper begyndte at lave prototyper ved hjælp af en laserskærer, han havde i sit hus. Sammen med nogle designinput fra hans børn, han testede forskellige materialer og lavede de første ti prototyper derhjemme.

"Når du tænker på materialer, du skal have forsyningskæderne i tankerne. Du kan ikke vælge et materiale, der kan fordampe fra forsyningskæden. Det er et udfordrende problem i denne krise, " forklarer Culpepper. Efter at have testet et par materialer, der revnede og gik i stykker, når de blev bøjet, holdet valgte polycarbonat og polyethylenterephthalatglycol - mere almindeligt kendt som PETG - som skjoldets materiale.

Ud over at lave flere prototyper på Project Manus Metropolis Makerspace ved hjælp af en laserskærer, Culpepper arbejdede sammen med professor Neil Gershenfeld og hans team ved MIT's Center for Bits and Atoms (CBA) på hurtige prototyping-designs til test med en Zund storformatskærer.

Gershenfelds team på CBA arbejder på en række projekter for coronavirus-respons ved hjælp af deres digitale fremstillingsfacilitet på MIT såvel som det globale Fab Lab-netværk, det lancerede. "Coronavirus-responssiden er en fantastisk ressource for dem, der er interesserede i at arbejde på løsninger til PPE og enheder til Covid-19-pandemien, " tilføjer Culpepper.

"Det har været en fornøjelse i denne svære tid at samarbejde med en så imponerende gruppe, trække på alle instituttets styrker til hurtigt at definere og forfine en løsning på et presserende behov, " siger Gershenfeld. "Arbejdet på MIT vil være værdifuldt ud over dets umiddelbare lokale indvirkning, som en reference for bedste praksis for de mange andre ansigtsskærmsprojekter, der dukker op rundt om i verden."

Test af skjoldet på lokale hospitaler

Med en række fungerende prototyper bygget, Culpepper og hans team flyttede til testfasen efter samråd med, og praktisk feedback fra, Edelman, som selv er læge.

"Den største usikkerhed hos en sundhedsudbyder er tanken om, at vi vil blive smittet og dermed ikke være i stand til at udføre vores pligter eller inficere andre, " tilføjer Edelman.

Edelman demonstrerede, hvordan man opbevarer, samle, og bruge ansigtsskærmene til sygeplejersker og læger på en række lokale hospitaler. Deltagerne blev derefter bedt om at bruge dem i virkelige situationer og give feedback ved hjælp af en en-sides undersøgelse.

Tilbagemeldingerne var overvældende positive – deltagerne fandt ud af at det var nemt at samle og bruge, de MIT-designede skjolde gav god beskyttelse mod at komme i kontakt med viruspartikler gennem stænk eller aerosoliserede partikler.

Bevæbnet med denne feedback, Culpeppers team foretog et par mindre justeringer af designet for at maksimere dækningen omkring brugernes sider og hals. Med designet færdigt, projektet er i denne uge skiftet til højhastigheds masseproduktion.

Højhastigheds masseproduktion

Fra denne uge, fabrikationsfirmaet Polymershapes vil starte masseproduktionen af ​​ansigtsskærmene. De udstansningsmaskiner, der bruges til masseproduktion, vil producere de flade ansigtsskærme med en hastighed på 50, 000 skjolde om dagen på få uger. Producenten vil fortsætte med at øge og øge produktionshastigheden yderligere med evnen til at fremstille i mere end firs faciliteter landsdækkende.

"Denne proces er designet på en sådan måde, at der er potentiale til at øge til millioner af ansigtsskærme produceret om dagen, " forklarer Culpepper. "Dette kan meget hurtigt blive en landsdækkende løsning for mangel på ansigtsskærm."

MIT planlægger at købe de første 40, 000 ansigtsskærme at donere til lokale hospitaler i Boston-området i denne uge, og Polymershapes vil donere 60, 000.

"At have et tilstrækkeligt og måske endda uendeligt udbud af PPE er helt afgørende for at sikre sikkerheden for hele befolkningen, især dem, der tager sig af Covid-19 patienter, " tilføjer Edelman.

Gennem hele processen, Culpeppers team modtog hjælp fra en række kolleger og afdelinger på tværs af MIT. Dette inkluderer MIT's kontor for vicepræsident for forskning, Professor Elazer Edelman, Tolga Durak, Administrerende direktør, MIT miljø, Sundheds- og sikkerhedskontoret, Center for Bits og Atomer, MIT Procurement Operations, MIT's kontor for generaladvokaten, MIT's Department of Mechanical Engineering, og kolleger fra MIT Lincoln Laboratory, som hjalp kildemateriale med at bygge ansigtsskærmene og understøttede designgentagelser. De modtog også råd fra MIT-kolleger, der arbejder med Massachusetts Technology Collaborative, som hjælper med at organisere producenter til at reagere på Covid-19 behov.

"Dette projekt var et godt eksempel på samarbejde på tværs af MIT og brugen af ​​sind-hjerte-hånd. Da vi nåede ud til andre, de droppede alt for at sætte deres sind og hænder i gang med at hjælpe os med at få dette til at ske hurtigt, " siger Culpepper. "Det er også et godt eksempel for andre at se efter sikkert og hurtigt at innovere PPE til COVID 19."