未認証のN95マスクが有効かどうかのテスト

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米国で新型コロナウイルス感染症（Covid-19）が蔓延し始めて以来、各州政府は、顔に密着して感染粒子を濾過し、最前線で働く人々をコロナウイルスの吸入から守るN95マスクを探し、確保することに躍起になっている。 全国的にマスクが不足しているため、各州は認定されていない外国の生産者、または外国の認定製品を販売する生産者からマスクを購入することになっている。

「どの州も、見つけられるものは何でも買いに行かなければなりませんでした」と、MIT リンカーン研究所の先端材料およびマイクロシステム グループのアシスタント リーダーであるウィリアム ヘルツォグ氏は言います。 「米国政府機関によって認定されていないマスクを購入する場合、詐欺の可能性があります。そのため、これらの外国製マスクや認定されていないマスクの性能を評価する必要があります。人々はそれらが効果的かどうかを知りたがっているのです。」

リンカーン研究所は、マサチューセッツ州製造緊急対応チーム (M-ERT) と協力して、N95、KN95 (中国で製造および認証されている N95 に似たマスク)、および企業が使用を希望する材料の品質をテストする連合の一員です。 N95マスクを作ります。

約 2 週間前にこの取り組みが始まって以来、研究所は数十種類の異なるマスク製品を 2 つの方法でテストしてきました。 最初のテストでは濾過効率を測定し、マスクが特定のサイズの粒子の何パーセントを遮断するかを決定します。 もう 1 つのテストでは、液体の浸透を調べます。 このテストでは、研究者らは血液の飛沫をシミュレーションし、血液がマスクに染み込むかどうかを評価した。

研究所は検査で防毒マスクを認定していません。 これを行うことができるのは、米国国立労働安全衛生研究所 (NIOSH)、または NIOSH 認定研究所だけです。 ただし、テストは NIOSH テスト プロトコルおよび機器に可能な限り準拠して実施されます。 テストの目的は、公務員や医療提供者がこの個人用保護具 (PPE) の有効性を評価できるようにすることです。 検査結果は、マサチューセッツ州公衆衛生局の PPE ガイダンスの Web サイトで公開されています。

「人々は答えを探しています」とヘルツォーク氏は語った。 「消防署員にマスクを持ってロビーに入ってきてもらい、検査してもらった。そこで目標は、病院管理者、消防署、警察署、医療従事者、あるいは本当に誰でも、自分が購入したマスクが正しいかどうかを調べられる場所を設けることだ」効果があるかどうか。」

同研究所は、M-ERTを通じて、マサチューセッツ州ケンブリッジにある製造革新研究所であるAdvanced Functional Fabrics of America（AFFOA）と協力して、テスト用のマスクを入手している。 AFFOAのシニア製品エンジニアであるマイケル・レイン氏は、AFFOAは州からテスト用のマスクを受け取っているほか、病院、中小企業、学術団体、大手営利企業からもテストの依頼を受けていると述べた。 「私たちは材料とマスクを受け取り、テストのために優先順位を付け、テストのためにパートナーの研究所に接続します」とレイン氏は言います。

リンカーン研究所は、マサチューセッツ大学ローウェル校、米陸軍戦闘能力開発司令部兵士センター、およびキャンパス内の MIT グレゴリー・ラトリッジ教授の研究室に加えて、これらのパートナーの 1 つです。 マスクの濾過効率をテストするためのラトリッジの初期の取り組みは、リンカーン研究所独自の濾過作業を補完しました。

NIOSH 仕様によれば、N95 (および中国認定の KN95) マスクは、特定のサイズの粒子を少なくとも 95 パーセント除去する必要があります。 しかし、NIOSHがマスクの認証に使用する試験装置は「高度に専門化されており、入手が困難です」と研究所で濾過効率試験を主導してきたシェーン・タイスク氏は言う。 したがって、研究室は同様の結果を得るために独自のセットアップを構築する必要がありました。

濾過効率をテストするために、この設定では特定のサイズの塩粒子のエアロゾルを生成します。 次に、エアロゾルを含んだ空気は、マスク材料のサンプルを保持するテスト治具を通って収集チャンバーに引き込まれ、研究者はそこでマスクフィルターを通過した粒子を測定できます。 同時に、マスク全体の圧力損失を測定します。これは、吸入抵抗、つまりマスクを着用した状態で呼吸するのがどれだけ困難であるかを示します。 これまでに、70種類以上の異なるマスクの複数のコピーをテストした。

タイスク社は、テストでの KN95 マスクの性能を認定 N95 マスクの性能と比較したところ、95 パーセントの濾過効率基準を満たしているのは約半数だけであると述べています。 実験室でのテストは、サイズが 300 ナノメートルから 10 マイクロメートルの範囲の粒子のみに焦点を当てています。 咳、くしゃみ、または会話によって放出される飛沫には、ウイルス粒子の塊が含まれている可能性があると想像してください。 ラトリッジ氏のキャンパスでの検査では、コロナウイルス粒子1個のスケールで、300ナノメートル未満の粒子を測定している。 2 つのチームの濾過効率の結果が異なる場合がありました。

「測定の実施方法に応じて、結果は正しい場合もあれば、まったく同じではない場合もあります。濾過効率曲線は粒子サイズによって異なります」と Tysk 氏は言います。 「質問が単純な場合、たとえば『このマスクは良いですか?』の場合は難しいですが、答えは複雑になる可能性があります。この状況では、私たちのテストと MIT のテストは補完的です。粒子範囲の結果を組み合わせると、非常に優れた結果が得られます。」詳細な測定。」

同研究所では、ろ過効率のテストに加えて、N95 および KN95 マスクの血液浸透に対する耐性もテストしています。 すべての N95 マスクがサージカル マスクとして設計または認定されているわけではありませんが、サージカル グレードの N95 およびその KN95 マスクは、エアロゾルの吸入と体液の飛沫や飛沫の両方から人々を保護する必要があります。

ラピッド プロトタイピング グループのアンドリュー ホワイトヘッドは、ASTM 国際合成血液検査基準に従って血液スプレー セットアップを構築しました。 テストの前に、マスクは湿度チャンバー内でプレコンディショニングされ、透過性に影響を与える可能性がある着用者の呼気からの湿気への曝露をシミュレートします（プレコンディショニングは、エアロゾル試験を受けるマスクにも行われます）。 各マスクには 1 フィートの距離から 2 ミリリットルの合成血液が 3 つの速度のいずれかで噴霧され、外科医がさまざまな血圧 (80、120、または 160 水銀柱ミリメートル) で血管を穿刺するときに経験することをシミュレートします。 次に、研究者らはマスクの内側を目視検査し、綿棒を使用して液体が浸透していないかどうかを確認します。

「ここで行う多くのテストとは異なり、これは非常に定性的なテストです。マスクの反対側が濡れているかどうかを目視で確認しています。表面がきれいであれば合格します」と、責任者であるラリサ・パラメスワラン氏は言う。このテスト。 これまでのところ、彼女のチームは 58 種類のマスクをテストし、それぞれ 6 つの複製を作成しました。 マスクの約70～80パーセントは合格したが、パラメスワラン社は、一定期間後に浸透をチェックする検査を追加するためにテストを改良していると述べた。

もちろん、効果を発揮するには、マスクが適切にフィットし、顔にしっかりと密着する必要があります。 研究所ではマスクのフィット感をテストしていません。 しかし研究者らは、これらの濾過効率と液体浸透のデータを利用して、製造業者がサージカルマスクやN95マスクの製造を計画している材料が機能するかどうか、また外国から入手したマスクが高品質であるかどうかを迅速に知ることができるようにしている。

同研究所は、獲得したさらなる資金のおかげで、近いうちに検査能力を倍増する予定だ。 研究所およびAFFOAを通じて行われるすべての検査は、現在、希望者に無料サービスとして提供されています。

「人々が自分の PPE がどの程度機能するかを理解することは非常に重要です」とタイスク氏は言います。 「やりがいのある仕事です。迅速に、そして正確に行うのは非常に大変なことですが、それは本当に重要なことです。」

Rein 氏はさらに、「この取り組みを支援してくれる MIT とリンカーン研究所のテスト パートナーがいることに非常に感謝しています。彼らの時間を寄付するのは簡単なことではありません。彼らは、これをセットアップするために非常に多くの努力を払ってくれました。」と付け加えました。

研究者らは、リンカーン研究所での実験の立ち上げに多大な貢献をしてくれたすべてのスタッフに感謝したいと考えています。 このチームには、Alberto Cabral、Joseph Chludzinski、Jude Kelley、Paul Robinson、Devon Beck、およびエンジニアリング部門が含まれます。

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