Ansigtsmaske har til formål at deaktivere virus for at beskytte andre

I pandemien, folk bærer ansigtsmasker for at respektere og beskytte andre – ikke kun for at beskytte sig selv, siger et team af forskere fra Northwestern University.

Med det i tankerne, forskerne udviklede et nyt koncept for en maske, der har til formål at gøre bæreren mindre smitsom. Den centrale idé, som modtog støtte fra National Science Foundation gennem et RAPID-bevilling, er at modificere maskestoffer med antivirale kemikalier, der kan desinficere udånding, undslupne åndedrætsdråber.

Ved at simulere indånding, udånding, hoster og nyser i laboratoriet, forskerne fandt ud af, at ikke-vævede stoffer, der bruges i de fleste masker, fungerer godt til at demonstrere konceptet. En fnugfri serviet med kun 19 % fiberdensitet, for eksempel, renset op til 82% af undslupne luftvejsdråber efter volumen. Sådanne stoffer gør ikke vejrtrækningen sværere, og kemikalierne på masken løsnede sig ikke under simulerede inhalationseksperimenter.

Forskningen offentliggøres den 29. oktober i tidsskriftet Stof .

Vigtigheden af ​​at beskytte andre

"Masker er måske den vigtigste komponent i det personlige værnemidler (PPE), der er nødvendigt for at bekæmpe en pandemi, " sagde Northwesterns Jiaxing Huang, der ledede undersøgelsen. "Vi indså hurtigt, at en maske ikke kun beskytter den person, der bærer den, men meget vigtigere, det beskytter andre mod at blive udsat for de dråber (og bakterier), der frigives af bæreren.

"Der ser ud til at være en del forvirring omkring maske, da nogle mennesker ikke tror, ​​de har brug for personlig beskyttelse, " tilføjede Huang. "Måske skulle vi kalde det folkesundhedsudstyr (PHE) i stedet for PPE."

Huang er professor i materialevidenskab og teknik ved Northwesterns McCormick School of Engineering. Kandidatstuderende Haiyue Huang og postdoc Hun Park, begge medlemmer af Huangs laboratorium, er med-første forfattere af papiret.

"Hvor der er et udbrud af smitsom luftvejssygdom, at kontrollere kilden er mest effektiv til at forhindre viral spredning, " sagde Haiyue Huang, en 2020 Ryan Fellowship Awardee. "Efter at de forlod kilden, luftvejsdråber bliver mere diffuse og sværere at kontrollere."

Mål og resultater

Selvom masker kan blokere eller omdirigere udåndede luftvejsdråber, mange dråber (og deres indlejrede vira) undslipper stadig. Derfra, virusfyldte dråber kan inficere en anden person direkte eller lande på overflader for indirekte at inficere andre. Huangs team havde til formål at kemisk ændre flugtdråberne for at få vira til at inaktivere hurtigere.

For at opnå dette, Huang søgte at designe et maskestof, der:(1) ikke ville gøre vejrtrækningen sværere, (2) Kan belaste molekylære antivirale midler såsom syre- og metalioner, der let kan opløses i undslippede dråber, og (3) Må ikke indeholde flygtige kemikalier eller let aftagelige materialer, som kan inhaleres af bæreren.

Efter at have udført flere eksperimenter, Huang og hans team udvalgte to velkendte antivirale kemikalier:fosforsyre og kobbersalt. Disse ikke-flygtige kemikalier var tiltalende, fordi ingen af ​​dem kan fordampes og derefter potentielt inhaleres. Og begge skaber et lokalt kemisk miljø, der er ugunstigt for virus.

"Virusstrukturer er faktisk meget sarte og 'skøre' "" sagde Huang. "Hvis nogen del af virussen fejler, så mister den evnen til at smitte."

Huangs team dyrkede et lag af en ledende polymer polyanilin på overfladen af ​​maskestoffibrene. Materialet klæber stærkt til fibrene, fungerer som reservoir for syre- og kobbersalte. Forskerne fandt ud af, at selv løse stoffer med lav-fiber pakningstæthed på omkring 11 %, såsom medicinsk gaze, ændrede stadig 28% af udåndede luftvejsdråber efter volumen. Til strammere stoffer, såsom fnugfri servietter (den type stoffer, der typisk bruges i laboratoriet til rengøring), 82% af luftvejsdråberne blev modificeret.

Huang håber, at det nuværende arbejde giver et videnskabeligt grundlag for andre forskere, især i andre dele af verden, at udvikle deres egne versioner af denne kemiske moduleringsstrategi og teste den yderligere med virale prøver eller endda med patienter.

"Vores forskning er blevet en åben viden, og vi vil elske at se flere mennesker deltage i denne indsats for at udvikle værktøjer til at styrke folkesundhedsreaktioner, "Huang sagde. "Arbejdet udføres næsten udelukkende i laboratoriet under nedlukning af campus. Vi håber at vise forskere inden for den ikke-biologiske side af videnskab og teknik og dem uden mange ressourcer eller forbindelser, at de også kan bidrage med deres energi og talent."