Неразказаната история за произхода на маската N95

Най -важният дизайнерски обект на нашето време се създава повече от век.

Неразказаната история за произхода на маската N95

Трудно е да се мисли за символ на COVID-19, по-изпълнен от респиратора N95. Маската приляга плътно около лицето и е способна да филтрира 95% от въздушните частици, като вируси, от въздуха, което други защитни средства (като хирургически маски) не могат да направят. Това е животоспасяващо устройство, което сега е включено опасно недостиг . Като такъв, той представлява крайните предизвикателства на глобалния отговор на COVID-19.



Как една крехка полимерна чаша се превърна в най -значимото здравно устройство на 21 -ви век? Всичко започва през 1910 г. с малко известен лекар, който иска да спаси света от едно от най-тежките заболявания, познати някога.

Първите маски бяха за спиране на миризмата

Връщайки се още по -далеч - много преди да разберем, че бактериите и вирусите могат да плуват във въздуха и да ни разболеят - хората импровизират маски, за да прикрият лицата си, казва Христос Линтерис. Линтерис е старши преподавател в катедрата по социална антропология в Университета на Сейнт Андрюс, който е експерт по история на медицинската маска.



Той посочва картини от епохата на Възраждането, където хората покриват носа си с кърпички, за да избегнат болести. Има дори картини от Марсилия през 1720 г., която беше епицентърът на бубонната чума, които показват гробари и хора, които боравят с тела с плат около лицето си, въпреки че чумата се разпространява от ухапванията от бълхи, които пътуват по плъхове.



Не е предназначено да бъде против заразяването, казва Линтерис от практиката. Причината, поради която тези хора носеха плат около устата и носа си, по това време обикновено вярваха, че болести като чумата са миазма или газове, излъчвани от земята. Те не бяха за да ви предпазят от друг човек, те вярваха, че в атмосферата е чума - покварен въздух.

Медно гравиране на д -р Шнабел, лекар от чума в Рим от 17 век. [Изображение: Wiki Commons ]

Теорията за миазмата е това, което стимулира дизайна на скандалните чумни маски, наблюдавани в цяла Европа през 1600 -те години, които ще бъдат носени от лекари, които идентифицират чумата и маркират заразените, като ги потупват с пръчка. Тези удължени маски приличаха на големи птичи клюнове и имаха две ноздри на ръба на маската, които можеха да бъдат натоварени с тамян. Хората мислеха, че като се предпазят от миризмата на чумата, те ще бъдат защитени от самата чума.



Вонята причинява болест. Тази [мисъл] продължава чак до началото на 19 век, казва Линтерис. (Струва си да се отбележи, че 200 години по-късно френски лекар на име Антоан Бартелеми Клот-бей твърди, че самите маски от чума, подобни на птици, са отговорни за разпространението на чумата, защото те изплашват хората, а изплашеното тяло е изложено на по-голям риск за болест.)

не ни стъпвай

В края на 1870 -те учените научават за бактериите. Миазма падна от модата с появата на съвременната област на микробиологията. И все пак, това, което последва, приличаше много на това, което беше преди - минус страховитите птици. Често мислим за промени в научната парадигма, водещи до прекъсвания, но всички технологии, използвани срещу микробите до края на 19 век, са [рифове] на технологии от миазма.

Прославена кърпичка

Лекарите започнаха да носят първите хирургически маски през 1897 г. Те не бяха нищо повече от прославена носна кърпичка, завързана около лицето на човека, и не бяха предназначени да филтрират болести, предавани по въздуха - това все още не е целта на хирургическите маски днес. Те бяха (и се използват), за да предотвратят лекарите да кашлят или кихат капчици върху рани по време на операцията.



Това разграничение между маска и респиратор е важно. Това е защо здравните специалисти са разстроени, че са инструктирани да носят хирургически маски когато респираторите не са налични. Маските не са направени само от различни материали; те прилепват свободно по лицето, така че частиците да могат да влизат отстрани. Респираторите създават херметично уплътнение, така че всъщност филтрират вдишването.

Първият модерен респиратор се ражда от чума и расизъм

Здравни работници с маски против чума по време на манджурската чума през 1911 г. [Снимка: с любезното съдействие на Университета в Кеймбридж/Център за изследвания в областта на изкуствата, хуманитарните и социалните науки (CRASSH, Университетът в Кеймбридж)/Библиотеките на университета в Хонконг]

През есента на 1910 г. в Манджурия избухна чума - това, което сега познаваме като Северен Китай -, което беше разбито в политически сложни юрисдикции, споделени между Китай и Русия.

Това е апокалиптично. Невероятно. Той убива 100% от заразените, никой не оцелява. И ги убива в рамките на 24 до 48 часа след първите симптоми, казва Линтерис. Никой не е попадал на нещо подобно в съвременните времена и то е подобно на описанията на Черната смърт.

Последва научна надпревара във въоръжаването, за да се извлече причината за чумата и да се спре. И Русия, и Китай искат да се докажат достойни и достатъчно научни, защото това би довело до претенция за суверенитет, казва Линтерис. Който е достатъчно научен, трябва да получи контрол върху тази богата и важна област.

възобнови една и съща работа на различни дати

Китайският императорски съд доведе лекар на име Lien-teh Wu, за да оглави усилията му. Той е роден в Пенанг и учи медицина в Кеймбридж. Ву беше млад и говореше отвратителен мандарин. В чума, която бързо привлече международно внимание и лекари от цял ​​свят, той беше напълно маловажен, според Lynteris. Но след като извърши аутопсия на една от жертвите, Ву установи, че чумата не се разпространява от бълхи, както мнозина подозират, а по въздуха.

Разширявайки маските за операция, които беше виждал на Запад, Ву разработи по -здрава маска от марля и памук, която увиваше здраво лицето си и добавяше няколко слоя плат, за да филтрира инхалациите. Неговото изобретение е пробив, но някои лекари все още се съмняват в ефикасността му.

Има известен инцидент. Той е изправен пред известна стара ръка в региона, френски лекар [Джералд Месни]. . . и Ву обяснява на френския лекар своята теория, че чумата е пневмонична и се пренася по въздуха, казва Линтерис. И французинът го унижава. . . и с много расистки термин казва: „Какво можем да очакваме от един китаец?“ И за да докаже това, [Месни] отива и посещава болните в чумна болница, без да носи маската на Ву, и той умира за два дни с чума.

Други лекари в региона бързо разработиха свои собствени маски. Някои са . . . напълно странни неща, казва Линтерис. Качулки с очила, като маски за гмуркане.

Но маската на Ву спечели, защото в емпиричните тестове защитава потребителите от бактерии. Според Lynteris това също е страхотен дизайн. Тя може да бъде конструирана на ръка от евтини материали и в наличност. Между януари и февруари 1911 г. производството на маски нарасна до неизвестни числа. Медицинският персонал ги носеше, войниците ги носеха и някои обикновени хора също ги носеха. Това не само помогна да се спре разпространението на чумата; маските се превърнаха в символ на съвременната медицинска наука, гледайки епидемия точно в очите.

Маската на Ву бързо се превърна в икона чрез доклади от международни вестници. Маската беше нещо много ново. . . това имаше ефект на странност, който пресата обичаше, но представяте си черно-бяла снимка с бяла маска-чете се добре, казва Линтерис. Това е маркетингов успех.

Кондуктор на трамвай и пътник в Сиатъл, носещи маски по време на пандемията от 1918 г. [Снимка: Wiki Commons ]

Когато испанският грип пристигна през 1918 г., маската на Ву беше добре известна сред учените и дори голяма част от обществеността. Компаниите по целия свят увеличават производството на подобни маски, за да намалят разпространението на грип.

цена за реклама на супер купа

N95 е създаден за индустрии, но пристига точно навреме в болниците

Маската N95 е потомък на дизайна на Ву. През Първата и Втората световна война учените са измислили противогази, филтриращи въздуха, които увиват цялата ви глава, за да почистят подаването на въздух. Подобни маски, заредени с филтри от фибростъкло, започнаха да се използват в минната индустрия за предотвратяване на черния дроб.

Всички респиратори бяха тези гигантски неща, изглеждащи с противогаз, казва Ники Маккълоу, лидер в областта на здравето и безопасността при работа в 3M, която произвежда респиратори N95. Бихте ги измили през нощта и бихте могли да ги носите отново.

как да гледате Hamilton безплатно

[Снимка: 3M]

Това оборудване спаси човешки животи, но беше натоварващо и голяма причина защо филтрите бяха. Фибростъклото изискваше много усилия за дишане, а корпусите с пълна глава бяха горещи за носене. До 50 -те години на миналия век учените започват да разбират опасностите от вдишването на азбест, но хората, работещи с азбест, предпочитат да не носят обемисти респираторни маски. Представете си, че работите в строителството при 85-градусова жега и главата ви е увита в гума, за да се предпазите от невидима заплаха.

По същото време бивш редактор на декор за Къща Красива списание с име Сара Литъл Търнбул започна консултации с отдела за опаковане на подаръци на 3M. За да направи твърди панделки, компанията е разработила технология, за да вземе разтопен полимер и да го взриви с въздух в тъкан от малки влакна. Търнбул осъзнава по -голям потенциал за този процес и тя започва да експериментира с материала за подложки за рамо, като използва връзки в модната индустрия за съвет. След това през 1958 г. тя изнесе презентация в 3M просто озаглавена: Защо, която обяснява защо 3M трябва да се занимава с този бизнес с нетъкани продукти по по-голям начин. Тя представи над 100 продуктови идеи за технологията и бе възложена да проектира формован сутиен.

Но късните 50 -те бяха тежки за Търнбул, който прекарваше много време в посещения на болни членове на семейството в болници. Тя бързо загуби трима близки. И от тази мъка излезе ново изобретение: хирургическа маска с балончета, която 3M пусна през 1961 г., че да, черпи вдъхновение от чашата на сутиен. Когато 3M научи, че не може да блокира патогени, маската беше преименувана като маска за прах.

Скицата на Trumbull за хирургическа маска, произтичаща от нейния дизайн на 3M сутиен. [Изображение: Институт за дизайн ]

Разбира се, беше трудно да се изградят стандарти около нещо, което дори не съществуваше - за медицина или безопасност на работното място. До 70 -те години Бюрото по мините и Националният институт по безопасност и здраве при работа обединиха усилия за създаване на първите критерии за това, което те нарекоха респиратори за еднократна употреба. Първият респиратор за прах за еднократна употреба N95, както го познаваме, е разработен от 3M и одобрен на 25 май 1972 г. (Самата Търнбул се консултира по тази линия през 80-те години на миналия век-и за много други корпоративни клиенти, включително General Mills, Ford, Corning, и Revlon.) Вместо фибростъкло, компанията преработи технологията, която беше разработила, за да направи по -твърди подаръчни ленти в подходящ филтър. Под микроскоп те изглеждат така, сякаш някой е изпуснал куп пръчки - и имат огромни пространства между тях, казва Маккълоу.

Тъй като частици, независимо дали са силициев диоксид или вируси, летят в този лабиринт от пръчки, те се забиват, правейки завои. И колкото по -дълго носите респиратор N95, толкова по -ефективен става той при филтрирането на частици. Повече частици просто помагат за филтриране на повече частици. Но дишането става по -трудно с течение на времето, тъй като тези зейнали дупки между влакната се запушват с частици, поради което респиратор N95 не може да се носи повече от около осем часа наведнъж в много прашна среда. Не спира филтрирането; просто ви пречи да дишате удобно.

Истината обаче е, че тези физически бариери са само вторичен начин, по който маска N95 филтрира частици. Основната причина, поради която маската N95 може да работи, е благодарение на невидим електрически заряд, който се крие вътре в нея. И този заряд е разработен чрез приноса на още една ключова фигура: д -р Петер Цай.

Цай е вече пенсиониран тайвански американски учен по материали, прекарал кариерата си като изследовател в Университета на Тенеси. През 80 -те години лабораторията му разработи технология за пръскане от микрофибър, в съответствие с това, върху което 3M и Turnball са работили от години.

До този момент всички маски се филтрират механично. Това означава, че когато една частица прелетя през гореспоменатия лабиринт, тя често би ударила влакно по пътя и се заби. Разбрахме, че ако можем да поставим заряди във влакна, тогава в допълнение към механичната сила има и статична сила, казва Цай. Със статично привличане, частица може да бъде изтеглена към филтъра поради същия принцип, който ви позволява да залепите балон към пуловера си през зимата.

През 1992 г. лабораторията на Tsai разработи процеса за добавяне на електростатичен заряд към материалите. 3M скоро лицензира процеса на Tsai чрез Университета в Тенеси, за да направи сега известните си маски N95.

получават ли бивши президенти брифинги за разузнаване

Без този електростатичен заряд N95 не биха работили почти толкова добре, колкото те. Както очертава Цай, маската N95 има размери на порите около 20 микрона (което я прави дишаща), докато вирусът SARS-CoV-2 е само 0,02 до 0,08 микрона. Електростатичният заряд решава това несъответствие в размера, увеличавайки ефективността на маската с 10 пъти. Казано по друг начин, причината, поради която маската N95 може да работи, се дължи най -вече на електрическия заряд, който се крие вътре в нея, а не на самата структура на материала. И все пак, Цай посочва, че N95 излезе на пазара с много малко фанфари през 90 -те години.

Моето изобретение не е специално, казва Цай, но това е специално време.

Респираторите са били използвани в промишлени приложения в продължение на десетилетия, преди необходимостта от респиратор да се върне в клиничните условия през 90-те години с нарастването на резистентна на лекарства туберкулоза. ХИВ има много общо с разпространението му сред имунокомпрометирани пациенти, но туберкулозата заразява и много здравни работници. За да се спре разпространението му по въздух, стандартите N95 бяха актуализирани за здравните заведения и лекарите започнаха да ги носят, когато помагат на пациенти с туберкулоза. Дори и до днес респираторите рядко се използват в болниците до днес, защото само огнища като COVID-19 изискват толкова голяма защита.

Както Lynteris и много други посочват, че респираторът никога не е избледнял от значение в Китай. Ву продължи да основава китайската версия на CDC, едва ли ще пропусне спечелването на Нобелова награда и ще бъде включен в много биографии (включително в собствената си автобиография). Съвсем наскоро, по време на огнището на ТОРС, хората в Китай носеха защита на лицето, за да предотвратят разпространението на болестта. Тогава, когато замърсяването завладя градове като Пекин, те носеха респиратори, за да филтрират замърсяването.

Респираторът N95 не е перфектен. Той не е проектиран така, че да запечатва добре лицето на деца или тези с косми по лицето и ако не се запечата, не работи както се рекламира. Освен това, вариантите N95, които се носят в операционни зали с висок риск, нямат вентил за издишване, така че те могат да станат особено горещи за износване.

Но респираторът N95 се развива в продължение на стотици години в отговор на множество кризи. Тази еволюция ще продължи само през и след пандемията на COVID-19. McCullough казва, че 3M непрекъснато преоценява респиратора N95, променяйки всичко от филтрите до ергономията си. Майка ми би казала, че изглеждат почти същите [както през 1972 г.], но ние искаме те да изглеждат прости, за да бъдат лесни и интуитивни за използване, казва Маккълоу. Винаги усъвършенстваме технологията. Имаме хиляди учени в 3M, които работят по него.