Forskere arbejder sammen med små virksomheder i NM for at teste nye respiratormaterialer

En sandwich af materialer testet af Sandia National Laboratories bliver fremstillet til N95-lignende åndedrætsværn, der kan bruges i lokale medicinske faciliteter. Projektet udsprang af det presserende behov for personlige værnemidler, da COVID-19-udbruddet begyndte.

"Jeg kan næsten forsikre dig om, at ingen andre i landet laver åndedrætsværn, som vi laver dem, " sagde Dave Mayberry, teknisk leder for Marpac, Sierra Peaks og Sew-EZ, de virksomheder, der arbejdede med Sandia om materialetestning. "Vi ønskede ikke at undersøge de samme materialer, der allerede er brugt i den typiske N95-forsyningskæde på grund af tilgængelighedsproblemer, så vi undersøgte andre materialer, vi kunne få fat i, og som syntes mest sandsynligt at opfylde filtreringskravene."

Marpac, Sierra Peaks og Sew-EZ blev matchet med Sandia-forskere gennem New Mexico Small Business Assistance-programmet, der parrer Sandia og Los Alamos nationale laboratorier med virksomheder, der søger hjælp til at løse tekniske problemer. Sandia arbejdede på et projekt med hver virksomhed.

"Det har været meget tilfredsstillende at se NMSBA, et statsligt program, hjælpe New Mexico-virksomheder med at løse COVID-19-problemer, " sagde Jackie Kerby Moore, leder af teknologi og økonomisk udvikling hos Sandia. "Det var også givende at se Sandia-teamet springe på muligheden for at hjælpe disse tre virksomheder med deres respiratorer."

Tilpasning til et behov

Marpac har specialiseret sig i fremstilling af medicinske rørsikringsanordninger og arbejder tæt sammen med ingeniør- og produktionsvirksomhederne Sierra Peaks og Sew-EZ.

Mayberry nåede ud til Sandia efter at have modtaget en forespørgsel fra et lokalt hospital for at se, om virksomheden kunne hjælpe med at løse den potentielle mangel på N95-respiratorer. Certificerede N95 åndedrætsværn bæres som masker og beskytter brugerne mod 95 % af luftbårne partikler og væskeforurening.

Sandia har udstyret og ekspertisen til at hjælpe, og inden for et par dage efter Marpac nåede ud, et team af videnskabsmænd begyndte at arbejde på den udfordrende opgave at modificere systemer for at sikre, at prøver blev testet korrekt.

Sandias hovedefterforsker Michael Omana sagde, at holdet modificerede aerosol- og filtreringssystemer, der typisk bruges til nuklear ikke-spredningsarbejde. De var nødt til at reducere systemernes luftstrøm betydeligt for at efterligne den hastighed, som mennesker trækker vejret. De modificerede også eksisterende testbokse for hurtigt at montere og forsegle prøverne indeni, før de kørte dem gennem testbedet.

"Vi blev aflyttet om det første projekt med Marpac på en torsdag og udarbejdede et udkast til arbejdet og kontrakten inden fredag, " sagde Omana. "Inden mandag eller tirsdag, vi havde afsluttet alle systemændringer. Indledende test af det første sæt materialer blev afsluttet i slutningen af ​​ugen, og data blev leveret til Marpac."

Indledende testmaterialer underpræsterede, med den bedste prøve inden for 10 % af de ønskede filtreringsniveauer. Inden for et par uger, forskerne begyndte at se lovende resultater fra nye materialesammensætninger. Kreativitet ved at kombinere materialer resulterede i prøver med beskyttelsesniveauer, der kan sammenlignes med N95-respiratorer.

Marpac fremstillede 500 N95-lignende åndedrætsværn ved hjælp af de materialer, Sandia testede, og Mayberry sagde, at de bestod fittests på et lokalt hospital. De undersøger også yderligere medicinske faciliteter, der kunne bruge produktet.

"Vi føler os heldige, at den lokale hospitalsudbyder kom til os efter at have set vores evner, " sagde Mayberry. "Dette strakte os bestemt ud af vores komfortzone, og bestemt uden den tekniske support fra Sandia Labs, det ville have været svært at validere alle de typer materialer, der sandsynligvis ville blive bygget ind i en respirator."

Jumpstart af en løsning

At arbejde hurtigt var afgørende for projekterne, Sandia fremtrædende teknolog Dora Wiemann sagde, og holdet lægger mange timer – også i weekenden.

Projekterne med hver virksomhed byggede på hinanden. Til det første projekt med Marpac, forskere testede plader af kompositmaterialer leveret af virksomheden i de store, modificeret filtreringssystem.

Til det andet projekt med Sierra Peaks, yderligere testboksmodifikationer gjorde det muligt for forskerne at montere og forsegle prøver skåret i respiratorgeometrier, og at gennemføre sammenligningsundersøgelser med certificerede N95-respiratorer.

Det tredje projekt med Sew-EZ, som er i gang, indebærer yderligere prøvetestning ved hjælp af filtreringssystemet og et yderligere kommercielt hyldesystem, som typisk bruges af industrien til at certificere produkter som N95 åndedrætsværn.

"Sandia er ikke et certificeringslaboratorium, men den fælles brug af systemerne gjorde det muligt for os at levere data, der kan sammenlignes med produkter, der er blevet certificeret gennem traditionelle veje, "Omana sagde. "Disse data vil hjælpe virksomheden, hvis den vælger at søge certificering af sit produkt gennem de rette organisationer."

Omana og et par andre forskere tester materialerne i laboratoriet, videresend derefter data, der skal bearbejdes til kvantitative resultater. Tidslinjen på alle projekter har været stram, men forskerne sagde, at lovende test har været givende, især fordi resultatet har potentiale til at hjælpe mennesker i en krisetid.

"Jeg er glad for at være i den position, jeg er, så jeg kan hjælpe med dette virkelig store problem med at karakterisere materialer, der kan bruges til N95-udskiftninger, " sagde Wiemann. "Ved slutningen af ​​de indledende ændringer og test, vi var et meget sammentømret team, løse et vigtigt problem. Det var udmattende og spændende."