סיפור המוצא הבלתי ידוע של מסכת N95

מושא העיצוב החשוב ביותר של זמננו היה יותר ממאה שנים בעיצומו.

סיפור המוצא הבלתי ידוע של מסכת N95

קשה לחשוב על סמל של COVID-19 כבד יותר ממכונת ההנשמה N95. המסכה מתאימה היטב לפנים ומסוגלת לסנן 95% חלקיקים באוויר, כמו וירוסים, מהאוויר, אשר ציוד מגן אחר (כגון מסכות כירורגיות) אינו יכול לעשות. זהו מכשיר מציל חיים שנמצא כעת מחסור מסוכן . ככזה, הוא בא לייצג את האתגרים הקיצוניים של התגובה העולמית ל- COVID-19.



כיצד הפכה כוס פולימר דקיקה למכשיר הבריאות המשמעותי ביותר של המאה ה -21? הכל התחיל בשנת 1910 עם רופא מעט מוכר שרצה להציל את העולם מאחת המחלות הגרועות ביותר שידוע אי פעם.

המסכות הראשונות היו על עצירת ריח

אם נחזור עוד יותר אחורה - הרבה לפני שהבנו שחיידקים ווירוסים יכולים לצוף באוויר ולגרום לנו לחלות - אנשים אילפרו מסכות לכסות את פניהם, אומר כריסטוס לינטריס. לינטריס הוא מרצה בכיר במחלקה לאנתרופולוגיה חברתית באוניברסיטת סנט אנדרוס, מומחה להיסטוריה של מסכות רפואיות.



הוא מצביע על ציורים מתקופת הרנסנס בהם אנשים מכסים את אפם במטפחות כדי להימנע ממחלות. יש אפילו ציורים ממרסיי בשנת 1720, שהיתה מוקד המגפה הבובנית, המציגים קברנים ואנשים המטפלים בגופות עם בד סביב פניהם, למרות שהמגיפה התפשטה בעקיצות הפרעושים שנסעו על חולדות.



זה לא נועד להיות נגד ההדבקה, אומר לינטריס מהנוהג. הסיבה שאנשים אלה לבשו בד סביב הפה והאף הייתה, כי אז הם האמינו שבאופן כללי מחלות כמו המגפה הן מיזמה, או גזים הבוקעים מהאדמה. זה לא היה כדי להגן עליך מפני אדם אחר, הם האמינו שמגפה נמצאת באווירה - אוויר מושחת.

תחריט נחושת של ד'ר שנבל, רופא מגפה ברומא מהמאה ה -17. [תמונה: Wiki Commons ]

התיאוריה של המיזמה היא מה שהניע את עיצוב מסכות המגפה הידועות לשמצה שנראו ברחבי אירופה בשנות ה -16 של המאה ה -20, אשר ילבשו על ידי רופאים שזיהו את המגיפה וסימנו את הנגועים על ידי הקשה עליהם בעזרת מקל. מסכות מוארכות אלה דמו למקור ציפורים גדולות ובקצה המסכה היו שתי יציאות נחיריים שניתן היה להעמיס קטורת. אנשים חשבו שעל ידי הגנה על עצמם מפני ריח המגיפה, הם יהיו מוגנים מפני המגפה עצמה.



הסירחון גורם למחלות. מחשבה זו נמשכה כל הדרך עד תחילת המאה ה -19, אומר לינטריס. (ראוי לציין כי, 200 שנה לאחר מכן, רופא צרפתי בשם אנטואן ברתלמי קלוט-ביי טען כי מסכות המגפה דמויי ציפור עצמן אחראיות להתפשטות המגפה מכיוון שהן גרמו לאנשים לפחד, וגוף מפוחד נמצא בסיכון גבוה יותר. למחלות.)

לגרום לכרום להיראות כמו Firefox

בסוף שנות השבעים של המאה העשרים למדו המדענים על חיידקים. מיאסמה נפלה מהאופנה כאשר התפתח התחום המודרני של המיקרוביולוגיה. ובכל זאת, מה שבא אחר כך נראה הרבה כמו מה שהיה לפני - מינוס הציפורים המצמררות. לעתים קרובות אנו חושבים על שינויי פרדיגמה מדעית המובילים להפסקות, אך כל הטכנולוגיות ששימשו נגד חיידקים עד סוף המאה ה -19 היו [ריפים] על טכנולוגיות ממיאסמה.

מטפחת מהודרת

הרופאים החלו לחבוש את המסכות הניתוחיות הראשונות בשנת 1897. הם לא היו הרבה יותר ממחטה מהודרת הקשורה על פניו של האדם, והם לא נועדו לסנן מחלות מוטסות - זה עדיין לא העניין של מסכות כירורגיות כיום. הם שימשו (והם) כדי למנוע מרופאים להשתעל או להתעטש מטיפות על פצעים במהלך הניתוח.

10-10-10



ההבחנה הזו בין מסכה למכונת הנשמה חשובה. שֶׁלָה מדוע אנשי מקצוע בתחום הבריאות מוטרדים מכך שהם מקבלים הוראה לחבוש מסכות כירורגיות כאשר מכשירי הנשמה אינם זמינים. מסכות אינן עשויות רק מחומרים שונים; הם משתלבים באופן רופף על הפנים, כך שחלקיקים יכולים להיכנס מהצד. נושמים יוצרים חותם אטום כך שהם מסננים למעשה שאיפה.

מכשיר ההנשמה המודרני הראשון נולד ממגפה - וגזענות

עובדי בריאות במסכות נגד מגפה במהלך מכת מנצ'וריה בשנת 1911. [צילום: באדיבות אוניברסיטת קיימברידג '/מרכז למחקר באמנויות, מדעי הרוח והחברה (CRASSH, אוניברסיטת קיימברידג')/ספריות אוניברסיטת הונג קונג]

בסתיו 1910 פרצה מגפה ברחבי מנצ'וריה - מה שאנו מכירים כיום כצפון סין - שהתפרקה בתחומי שיפוט מורכבים פוליטית המשותפים בין סין לרוסיה.

זה אפוקליפטי. בלתי יאומן. זה הורג 100% מהנדבקים, אף אחד לא שורד. וזה הורג אותם תוך 24 עד 48 שעות מהתסמינים הראשונים, אומר לינטריס. איש לא נתקל בדבר כזה בעידן המודרני, והוא דומה לתיאורי המוות השחור.

מה שאחריו היה מרוץ חימוש מדעי, להסיק מה גורם למגפה ולעצור אותו. רוסיה וגם סין רוצות להוכיח את עצמן ראויות ומדעיות מספיק, כי זה יוביל לטענת ריבונות, אומר לינטריס. מי שמספיק מדעי מספיק צריך לתת לו שליטה על התחום העשיר והחשוב הזה.

בית המשפט הקיסרי הסיני הביא רופא בשם ליאן-טה וו שיעמוד בראש מאמציו. הוא נולד בפנאנג ולמד רפואה בקיימברידג '. וו היה צעיר, והוא דיבר מנדרינית עלובה. במגפה שמשך במהירות תשומת לב בינלאומית ורופאים מרחבי העולם, הוא היה חסר חשיבות לחלוטין, לדברי לינטריס. אך לאחר שנערכה נתיחה באחד הקורבנות, וו קבע כי המגפה אינה מופצת על ידי פרעושים, כפי שחשדו רבים, אלא דרך האוויר.

בהרחיב את מסכות הניתוח שראה במערב, פיתח וו מסכה קשה יותר מגזה וכותנה, שעטפה היטב את פניו והוסיפה כמה שכבות בד לסינון שאיפות. המצאתו הייתה פריצת דרך, אך כמה רופאים עדיין הטילו ספק ביעילותה.

יש תקרית מפורסמת. מולו עומדת יד ישנה מפורסמת באזור, רופא צרפתי [ג'ראלד מסני]. . . וו מסביר לרופא הצרפתי את התיאוריה שלו לפיה מגיפה היא דלקתית ובאוויר, אומר לינטריס. והבחור הצרפתי משפיל אותו. . . ובמונחים גזעניים מאוד אומר, 'מה נוכל לצפות מצ'ינמן?' וכדי להוכיח נקודה זו, [מסני] הולך ומגיע לחולים בבית חולים למגפה מבלי לענוד את מסכתו של וו, והוא מת תוך יומיים ממגפה.

רופאים אחרים באזור פיתחו במהירות מסכות משלהם. חלקם כן. . . דברים מוזרים לגמרי, אומר לינטריס. כיפות עם משקפיים, כמו מסכות צלילה.

אבל המסכה של וו ניצחה מכיוון שבבדיקות אמפיריות היא הגנה על המשתמשים מפני חיידקים. לדברי לינטריס, זה היה גם עיצוב נהדר. ניתן היה לבנות אותו בעבודת יד מחומרים זולים ובאספקה ​​מוכנה. בין ינואר לפברואר 1911, ייצור המסכות עלה למספרים לא ידועים. צוות רפואי לבש אותם, חיילים לבשו אותם, וכמה אנשים יומיומיים לבשו גם אותם. לא רק שזה עזר לסכל את התפשטות המגפה; המסכות הפכו לסמל של מדעי הרפואה המודרניים המביטים מגפה בעיניים.

המסכה של וו הפכה במהרה לאייקון באמצעות דיווחים בינלאומיים בעיתונים. המסכה הייתה דבר מאוד חדשני. . . הייתה לו השפעה של מוזרות, מה שהעיתונות אהבה, אבל אתה מדמיין תצלום בשחור-לבן עם מסכה לבנה-הוא קורא היטב, אומר לינטריס. זו הצלחה שיווקית.

מתי החל הדור המילניום

קרונית ונוסעת בחשמלית בסיאטל עוטה מסכות במהלך מגיפת 1918. [תמונה: Wiki Commons ]

כשהגיעה שפעת הספרד בשנת 1918, המסכה של וו הייתה ידועה בקרב מדענים ואפילו רבים מהציבור. חברות ברחבי העולם הגדילו את ייצור המסכות הדומות כדי לסייע בהפחתת התפשטות השפעת.

ה- N95 מיוצר לתעשיות אך מגיע בדיוק לבתי חולים

מסכת N95 היא צאצא של העיצוב של וו. במהלך מלחמת העולם הראשונה ומלחמת העולם השנייה המציאו המדענים מסכות גז לסינון אוויר שהקיפו את כל הראש שלכם כדי לנקות את אספקת האוויר. מסכות דומות, עמוסות במסנני פיברגלס, החלו לשמש בתעשיית הכרייה למניעת ריאות שחורות.

כל מכשירי ההנשמה היו הדברים הענקיים למראה מסכות הגז, אומרת ניקי מק'קולו, מנהיגת בריאות ובטיחות תעסוקתית ב- 3M, המייצרת מכשירי הנשמה N95. היית שוטף אותם בלילה ואתה יכול ללבוש אותם שוב.

[צילום: 3 מיליון]

ציוד זה הציל חיים, אך הוא היה מכביד, וסיבה גדולה מדוע היו המסננים. הפיברגלס דרש מאמץ רב לנשום, ומכלאות הראש המלאות היו לוהטות. בשנות החמישים החלו המדענים להבין את הסכנות של שאיפת אסבסט, אך אנשים שעובדים עם אסבסט העדיפו שלא לחבוש מסיכות הנשמה גדולות. תארו לעצמכם לעבוד בבנייה בחום של 85 מעלות וראשכם עטוף בגומי כדי להגן על עצמכם מפני איום בלתי נראה.

בערך באותו זמן, עורך תפאורה לשעבר של בית יפה מגזין בשם שרה טרנבול הקטנה החלה להתייעץ עם חטיבת המתנות של 3M. כדי לייצר סרטים נוקשים, פיתחה החברה טכנולוגיה להוצאת פולימר מומס והפצת אוויר לבד של סיבים זעירים. טרנבול הבינה פוטנציאל גדול יותר לתהליך זה, והיא החלה להתנסות בחומר לכריות הכתפיים, תוך ניצול קשרים בתעשיית האופנה לייעוץ. ואז בשנת 1958, היא הציגה מצגת ב- 3M שכותרתה פשוטה: למה, שהסבירה מדוע 3M צריכה להיכנס לעסק הזה של מוצרים לא ארוגים בצורה גדולה יותר. היא הציגה למעלה מ -100 רעיונות מוצר לטכנולוגיה, והוטלה עליה לעצב חזייה מעוצבת.

אבל סוף שנות ה -50 היו קשות לטרנבול, שבילה זמן רב בביקור אצל בני משפחה חולים בבתי חולים. היא איבדה שלושה יקיריהם ברצף מהיר. ומתוך האבל הזה יצאה המצאה חדשה: מסכה כירורגית לבועה ש- 3M שחררה בשנת 1961, שהיא כן, שואבת את ההשראה שלה מכוס החזייה. כאשר 3M נודע שהיא לא יכולה לחסום פתוגנים, המסכה סומנה מחדש כמסיכת אבק.

הסקיצה של טרומבול למסכה כירורגית, הנובעת מעיצוב החזייה שלה 3M. [תמונה: המרכז למכון לעיצוב ]

כמובן, היה קשה לבנות סטנדרטים סביב משהו שטרם קיים - לרפואה או לבטיחות במקום העבודה. בשנות השבעים, לשכת המכרות והמכון הלאומי לבטיחות תעסוקתית ובריאות תעסוקתית התחברו ליצירת הקריטריונים הראשונים למה שהם כינו מכונות הנשמה חד פעמיות. מכשיר ההנשמה הראשון של N95 לשימוש חד פעמי כפי שאנו מכירים אותו פותח על ידי 3M, ואושר ב -25 במאי 1972. (טרנבול עצמה התייעצה בנושא זה בשנות השמונים-וללקוחות עסקיים רבים אחרים, כולל ג'נרל מילס, פורד, קורנינג, ורבלון.) במקום פיברגלס, החברה השיבה מחדש את הטכנולוגיה שפיתחה להפיכת סרטי מתנה נוקשים יותר למסנן מתאים. תחת מיקרוסקופ, הם נראים כאילו מישהו שמט חבורה של מקלות - ויש ביניהם רווחים עצומים, אומר מק'קולו.

lumo lift לעומת זקוף

כאשר חלקיקים, בין אם סיליקה או וירוסים, עפים לתוך מבוך המקלות הזה, הם נתקעים ועושים סיבובים. וככל שאתה לובש מכונת הנשמה N95 זמן רב יותר, כך היא הופכת ליעילה יותר בסינון חלקיקים. יותר חלקיקים רק עוזרים לסנן יותר חלקיקים. אבל הנשימה הופכת לקשה יותר עם הזמן כאשר החורים הפערים בין הסיבים נסתמים בחלקיקים, ולכן לא ניתן ללבוש מכונת הנשמה N95 במשך יותר משמונה שעות בכל פעם בסביבה מאובקת מאוד. זה לא מפסיק לסנן; זה פשוט מונע ממך לנשום בנוחות.

עם זאת, האמת היא שמחסומים פיזיים אלה הם רק דרך משנית שמסיכת N95 מסננת חלקיקים. הסיבה העיקרית שמסיכת N95 יכולה לעבוד היא הודות למטען חשמלי בלתי נראה האורב בתוכה. וחיוב זה פותח באמצעות תרומתו של דמות מפתח נוספת: ד'ר פיטר צאי.

צאי הוא מדען חומרים אמריקאי טייוואני שפרש, שבילה את דרכו כחוקר באוניברסיטת טנסי. במהלך שנות השמונים, המעבדה שלו פיתחה טכנולוגיית ריסוס מיקרופייבר, לפי מה שעבדו עליו 3M וטרנבול במשך שנים.

עד לאותה נקודה, כל המסכות סיננו באופן מכני. המשמעות היא שכאשר חלקיק עף במבוך הנ'ל, הוא היה בדרך כלל פוגע בסיב בדרך ונתקע. הבנו שאם נוכל להכניס מטענים לסיבים, אז בנוסף לכוח המכני יש כוח סטטי, אומר צאי. בעזרת משיכה סטטית ניתן למשוך חלקיק לכיוון המסנן בשל אותו עיקרון המאפשר לך להדביק בלון לסוודר שלך בחורף.

בשנת 1992, המעבדה של צאי פיתחה את התהליך להוספת מטען אלקטרוסטטי לחומרים. 3M קיבלה בקרוב רישיון לתהליך של צאי דרך אוניברסיטת טנסי להכנת מסכות N95 המפורסמות שלה כיום.

ללא מטען אלקטרוסטטי זה, N95s לא היו עובדים כמעט כמו שהם עושים. כפי שמתאר צאי, למסכת N95 יש גודל נקבוביות בסביבות 20 מיקרון (מה שהופך אותה לנשימה), בעוד שנגיף SARS-CoV-2 הוא רק 0.02 עד 0.08 מיקרון. המטען האלקטרוסטטי פותר פער בגודל זה ומגדיל את יעילות המסכה פי 10. במילים אחרות, הסיבה שמסיכת N95 יכולה לעבוד היא בעיקר בגלל המטען החשמלי האורב בתוכה, ולא במבנה החומר עצמו. ובכל זאת, צאי מציין כי ה- N95 יצא לשוק עם מעט מאוד רעש בשנות התשעים.

ההמצאה שלי לא מיוחדת, אומר צאי, אבל זו תקופה מיוחדת.

הנשמות שימשו ביישומים תעשייתיים במשך עשרות שנים לפני שהצורך במנשם חזר למסגרות קליניות בשנות התשעים עם עליית שחפת עמידה לתרופות. ל- HIV היה הרבה קשר להתפשטותו בקרב חולים עם מערכת חיסון, אך שחפת הדביקה גם עובדי בריאות רבים. כדי לעצור את התפשטות האוויר, עודכנו תקני N95 למסגרות הבריאות, והרופאים החלו ללבוש אותם כשסייעו לחולי שחפת. ובכל זאת, מכשירי הנשמה משמשים רק לעתים נדירות בבתי חולים עד היום מכיוון שרק התפרצויות כמו COVID-19 דורשות הגנה כה רבה.

המשך לקבל שיחות מ- apple inc 2018

כפי שמציינים לינטריס ורבים אחרים, הנשמה מעולם לא דעכה ממשמעותה בסין. וו המשיך ומצא את הגרסה הסינית של ה- CDC, התגעגע כמעט לזכייה בפרס נובל, והופיע בביוגרפיות רבות (כולל האוטוביוגרפיה שלו). לאחרונה, במהלך התפרצות ה- SARS, אנשים בסין לבשו הגנה על הפנים כדי למנוע התפשטות מחלות. ואז כשהזיהום השתלט על ערים כמו בייג'ינג, הם לבשו מכונות הנשמה לסינון זיהום.

מכשיר ההנשמה N95 אינו מושלם. הוא לא נועד לאטום היטב בפני ילדים או בעלי שיער פנים, ואם הוא אינו אטם, הוא אינו פועל כפי שפורסם. יתר על כן, גרסאות N95 הנלבשות בחדרי ניתוח בסיכון גבוה אין שסתום נשיפה, כך שהן עלולות להתחמם במיוחד.

אך מכונת ההנשמה N95 התפתחה במשך מאות שנים כתגובה למשברים מרובים. התפתחות זו תימשך רק מעבר ומגיפת COVID-19. מק'קולו אומר ש- 3M בוחן כל הזמן מחדש את מכונת ההנשמה N95, ומשנה הכל, החל מהפילטרים ועד הארגונומיה. אמא שלי הייתה אומרת שהם נראים פחות או יותר [כמו ב -1972], אבל אנחנו רוצים שהם ייראו פשוטים כך שיהיו קלים ואינטואיטיביים לשימוש, אומר מק'קולו. אנחנו תמיד משפרים את הטכנולוגיה. יש לנו אלפי מדענים ב- 3M שעובדים על זה.