نوع مقاله : مقاله مروری
نویسندگان
1 دانشگاه صنعتی امیرکبیر، دانشکده مهندسی نساجی، تهران، ایران
2 دانشگاه اگه، دانشکده مهندسی نساجی، ازمیر، ترکیه
3 دانشگاه علوم پزشکی ایران، دانشکده فناوری های نوین پزشکی، گروه مهندسی بافت و علوم سلولی کاربردی، تهران، ایران
چکیده
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
The recent coronavirus outbreak and increasing the number of confirmed cases have forced governments to find a solution to control this disease. The initial decision of governments was quarantine and social distancing. In addition to these limitations, scientists were trying to develop a suitable vaccine or drug. However, due to the prolongation of these restrictions and the failure of scientists, the economy has been adversely affected. Therefore, governments reduced these restrictions but obliged the general public to use face masks in public places to reduce the transmission rate of the COVID-19 virus. In this article, we are going to review the challenges regarding the use of face covering. Nanotechnology-based face masks have been proved to provide superior properties (reusable and biodegradable). These properties made them an exciting choice for commercial companies. Therefore, we believe the world after Corona needs nanotech masks, and Turkey, thanks to its modern textile industry, can use the advantage of these masks not only to control the coronavirus but also can export them to other countries.
کلیدواژهها [English]
منشاء شیوع اخیر کرونا ویروس (COVID-19) از ووهان[1]، استان هوبئی[2]، جمهوری چین بودهاست. در ابتدا این ویروس در حیوانات مشاهده و سپس به انسانها منتقل شد و باعث تب، سرفه، خستگی و مشکلات تنفسی در بیماران گردید [1]. سازمان بهداشت جهانی[3] (WHO) در تاریخ 30 ژانویه 2020 این عفونت را به عنوان فوریت بهداشت جهانی اعلام کرد. طولی نکشید که WHO به دلیل گسترش جهانی، COVID-19 را به عنوان بیماری همهگیر جهانی (پاندمی) اعلام کرد. پس از حدود 7 ماه، بیش از 11 میلیون نفر در بیش از 210 کشور آلوده شدند و تعداد مرگها از 5/0 میلیون مورد عبور کرد [2]. تلاش جهانی برای تولید واکسن در پاسخ به بیماری همهگیر COVID-19 از نظر سرعت بیسابقه است. بسیاری از تحقیقات در استرلیا، چین، آمریکای شمالی و اروپا در زمینه تولید واکسن مورد تایید در حال انجام هستند. با توجه به ضرورت اوضاع کنونی، نشانههایی وجود دارد که واکسن برای استفاده اورژانسی یا موارد مشابه میتواند در اوایل سال 2021 در دسترس قرارگیرد [3]. بنابراین، بهترین راه تا دسترسی کل مردم جهان به واکسن، پیشگیری با فاصلهگذاری اجتماعی، رعایت بهداشت شخصی و استفاده از تجهیزات حفاظت شخصی[4](PPE) است [4]. قبل از بررسی تجهیزات حفاظت شخصی، لازم است که بدانید چگونه ویروس از فردی به فرد دیگر منتقل میشود. گزارش شدهاست که COVID-19 از طریق 2 راه عمده منتقل میشود: ذره تنفسی و تماس [5]. انتقال قطره توسط ذرات تنفسی بزرگ ناشی از سرفه و عطسه اتفاق میافتد. این ذرات بزرگتر از 5 میکرومتر هستند و نمیتوانند فاصلههای بیش از 1متر را به دلیل جاذبه طی کنند. علاوهبراین، هنوز انتقال هوایی ویروس فعلی (ذرات< 5 میکرومتر) تایید نشدهاست. بنابراین، باید پیشگیریهای لازم مانند فاصلهگذاری اجتماعی 2-متری و طراحی تجهیزات حفاظت شخصی مناسب انجام شود [6]. تفاوت بین این ذرات در شکل 1 ارائه شدهاست.
شکل 1. قطرات در برابر ذرات منتقلشده توسط هوا (هسته قطره نیز نامیده میشود) [6].
تجهیزات حفاظت شخصی شامل پوشش سر، محافظ چشم، ماسک، رسپیراتور (تجهیزات تنفسی)، رولباسی[5] و دستکشها برای پیشگیری و اقدام احتیاطی در برابر هوا، قطره و تماس است [7]. در بین روشهای پیشگیری، پوشش ماسک توسط مراکز کنترل و پیشگیری از بیماری[6](CDC) ایالات متحده آمریکا توصیهشدهاست. همچنین، پوشش ماسک در مکانهای عمومی توسط بسیاری از دولتها از جمله ایران، چین، کانادا، کره جنوبی و جمهوری چک توصیه یا الزام شدهاست [8].
مطالعه موردی اخیر توسط ادیکاری[7]و همکاران نیز نشان دادهاست که درصورت استفاده افراد از ماسک در مکانهای عمومی خطر قطرات عفونی تا 90% کاهش مییابد [9]. این یافتهها تقاضا را برای ماسک صورت افزایش دادهاست و زنجیره تامین در بسیاری از کشورها با چالشهای قابل توجهی روبهرو است [10]. در این مقاله، ما قصد داریم اطلاعات به دست امده از مقالات تحقیقاتی مختلف را جمعآوری کرده و به برخی از سولات مهم در رابطه با ماسکهای مناسب صورت برای مبارزه با COVID-19 پاسخ دهیم. این سوالها عبارتنداز:
چند نوع دستهبندی ماسک در بازار وجود دارد؟
کدام نوع برای محافظت از خود در برابر قطرات و ذرات منتقل شده توسط هوا مناسب است؟
آیا نگرانیهای محیط زیستی در رابطه با ماسکهای یکبار مصرف وجود دارد؟
چگونه میتوان ماسکهای صورت قابل شستشو یا زیست تخریبپذیر تولید کرد؟
پس از گسترش جهانی ویروس COVID-19، دولتها به روشهای مختلفی چون فاصلهگذاری اجتماعی، قرنطینه، دورکاری، لغو گردهمایی و اجتماعات گسترده، دستور ماندن در خانه و استفاده اجباری از ماسک متوسل شدند [11]. اگرچه این سیاستها در کنترل تعداد بیماران موفقیت آمیز بود، اما از طرفی سیاستهای فاصلهگذاری اجتماعی و قرنطینه به اقتصاد و سبک زندگی مردم آسیب زدهاست. بنابراین، کشورها درحال کاهش محدودیتهای اجتماعی و پیشنهاد استفاده از ماسکهای پوششی به مردم هستند. اما سوال این است که چرا ماسکهای صورت در کنترل کرونا ویروس بسیار مهم هستند؟ آیا ماسکهای پوششی تأثیر قابل توجهی در کنترل این بیماری دارند؟ در اینجا ما قصد داریم تا نشان دهیم که چگونه ماسکها میتوانند از ما محافظت کنند و برخی از مدلهای موفق را در کشورهای مشهور ارائه دهیم که با استفاده از این ماسکهای پوششی تعداد بیماران را کنترل کردند.
ماسکهای پوششی در مکانهای عمومی میتوانند خطر ابتلا به بیماری را با استنشاق قطرات عفونی کاهش دهند. به عبارت دیگر، ماسکها به عنوان مانع عمل میکنند و احتمال ورود قطرات ویروسی به سیستم تنفسی ما را به طور قابلتوجهی کاهش میدهند [12]. CDC استفاده از ماسکهای پوششی را برای افراد آلوده نیز توصیه میکند. آنها معتقدند که ماسکها میتوانند قطرات تنفسی را در بیماران آلوده زمانیکه در حال سرفه، عطسه، صحبت کردن یا بلندکردن صدایشان هستند، جذب کنند. این استراتژی کنترل منبع نامیده میشود و در این رویکرد، صورت قطرات پاشیده شده در هوا را کاهش میدهد (شکل 2) [13].
شکل 2. سازوکار کنترل منبع با استفاده از ماسک صورت [13].
مطالعات محدودی در رابطه با استفاده از ماسکهای صورت در جلوگیری از انتقال ویروسهای تنفسی در جامعه وجود دارد. با اینحال، ما قصد داریم تا بعضی از تجربیات موفق برخی از کشورها که استفاده اجباری یا داوطلبانه از پوشش صورت را اعلام کردهاند، ارائه دهیم. منطقه ویژه اداری هنگکنگ چین[8](HKSAR) شهری بینالمللی با جمعیت 45/7 میلیون نفری در جنوب چین است که کمی بعد از مشاهده بیماران آلوده در ووهان شروع به مبارزه با ویروس کرد. هنگکنگ تنها شهری بود که به دلیل تجربه دردناکشان از بیماری همهگیر سارس[9] سال 2003، شروع به استفاده از پوشش ماسک عمومی به صورت داوطلبانه کرد. تعداد بیماران در کشورهای مختلف در شکل 3 ارائهشدهاست.
شکل 3. تعداد تجمعی COVID-19 درهر میلیون نفر در کشورهای نماینده یا مناطقی با و بدون پوشش وسیع اجتماعی ماسک صورت [11]
بر اساس نتایج، میتوان استنتاج کرد که اگرچه هنگکنگ از تراکم جمعیت بالایی برخوردار است اما پوشش ماسک نرخ انتقال را به میزان قابلتوجهی کاهش داده است [11]. در ایالات متحده آمریکا، سیاستهای مختلف کاهش ابتلای ویروس را میتوان به چهار فاز تقسیم کرد؛ عدم وجود فاصلهگذاری اجتماعی، فاصلهگذاری اجتماعی، دستور ماندن در خانه و استفاده اجباری از ماسک در برخی نواحی. نیویورک اولین ایالت در آمریکا بود که استفاده از پوشش صورت را در مکانهای عمومی در 17 آوریل 2020 موظف کرد. نمودارهای تعداد کل بیماران در ایالات متحدهآمریکا و نیویورک در شکل 4 نشانداده شده است. با توجه به نتایج، میتوان استنتاج کرد که ماسک صورت موثرترین روشی است که میتواند نرخ انتقال را کاهش دهد [14].
شکل 4. رگرسیون خطی در تعداد کل بیماران در (الف) ایالت نیویورک و (ب) ایالات متحده در فازهای مختلف سیاست کاهش ابتلای ویروس [14]
محققان در دانشگاه جان هاپکینز[10] رسپیراتورهای مخصوص، ماسکهای جراحی و پارچهای را برای ایجاد سطوح مختلف محافظت در برابر COVID-19 پیشنهاد کردهاند [15]. N95 ، FFP2 و FFP3 سه نوع رسپیراتور مخصوص توصیهشده با بالاترین سطح حفاظت هستند [16]. طبق توصیههای CCD و FDA ، رسپیراتورها نباید توسط عموم مردم استفاده شوند. نمره " Filtering Face Piece" (FFP) از استاندارد اروپایی EN149:2001 گرفته شده است، درحالیکه علامت N از استاندارد آمریکایی سازمان انستیتوی ملی سلامت و ایمنی شغلی[11] (بخشی از CDC) به دست میآید. این رسپیراتورها میتوانند کاملاً روی صورت بچسبند و حداقل 94%(FFP2) ، 99% (FFP3) و 95% (N95) ذرات بزرگتر از قطر 3/0 میکرومتر را جذب کنند.
ماسکهای جراحی ضد آب در سطح بعدی محافظت هستند. این ماسکهای 3 لایه از دو لایه پارچه بی بافت و یک لایه میانی از مواد ملت بلون[12] ساختهشدهاست که ذرات موجود در هوا را جذب میکند (شکل 5). پوششهای پارچهای صورت دستساز (خانگی) کمترین سطح محافظت را دارند (حذف 60 درصدی ذرات). با این حال، ارزانتر و در دسترستر هستند. CDC این ماسکها را برای استفاده روزانه تمام مردم در مکانهای عمومی شلوغ و بسته توصیه میکند [17].
شکل 5. ساختارماسکهای جراحی [17]
همانطورکه در بخش قبلی ذکر شد، تأثیر ماسکهای پوششی در کاهش نرخ عفونت کرونا ویروس اثبات شدهاست. بنابراین، بیشتر مردم به صورت داوطلبانه از این تجهیزات حفاظت شخصی استفاده میکنند. رایجترین نوع پوشش صورت که توسط عموم مردم استفاده میشود، ماسکهای جراحی است [18]. گروه مدلسازی WHO تولید حدود 89 میلیون ماسکهای جراحی صورت را برای پاسخ به COVID-19 در هر ماه تخمین زده است [19]. این استفاده بیش از حد از ماسکهای صورت منجر به چالشهای قابل توجه محیط زیستی شده است. یک گزارش اخیر از ابوادیس[13] و همکاران، افزایش قابل توجه ضایعات پلاستیک بیمارستانی را با افزایش تعداد موارد تایید شده COVID نشان دادهاست [20]. از آنجا که این پلاستیکها احتمالا به ویروس COVID-19 آلوده شدهاند، دفع آنها به مقررات حساسی نیاز دارد و هزینههای زیادی را به بیمارستانها تحمیل میکند. بنابراین، کشورهای مختلف برای کاهش این فشار از بخش پزشکی دولتهای خود برخی سیاستها را بهکارگرفتهاند [21]. چالش دیگر مربوط به ماسکهای صورت این است که آنها معمولاً از پلیمرهای پایهی نفتی ساخته میشوند و در صورت دور ریختن در محیط زیست نیاز به زمان تخریب طولانی مدت دارند. این آلودگیهای پلاستیکی توسط بسیاری از محققان در تحقیقات گذشته گزارش و نشان داده شده است [22-24]. اخیراً، فعالان محیطزیست از زمان پاندمیک COVID-19 به خاطر وضعیت فعلی زیست محیطی دچار نگرانی شدهاند. همانطورکه در شکل 6 مشاهده میشود، تعداد زیادی ماسک یکبار مصرف از ساحل جمعآوری شده است که میتواند زندگی آبزیان را مختل کند [25].
شکل 6. ماسکهای صورت یکبار مصرف جمعآوریشده از منطقه ساحل [25]
این اشکالات محیط زیستی ممکن است بر گردشگری به صورت نامطلوبی تأثیر بگذارد، که ارتباط تنگاتنگی با یکدیگر دارند. از آنجاکه اقتصاد بسیاری از کشورها به گردشگری وابسته است، کنترل این نوع زبالهها از اهمیت برخوردار است. بنابراین در این مقاله، ما قصد داریم بعضی از راهحلهای ممکن برای کاهش میزان ضایعات ماسک صورت را مورد بحث قرار دهیم.
محققان در تحقیقات گذشته راهحلهای مختلفی را برای کاهش تقاضای ماسکهای جراحی به منظور کاهش فشار بر شرکتهای تولیدکننده ماسک و کنترل میزان ضایعات پلاستیکی پیشنهاد کردهاند. این راهحلها شامل عملیات حرارتی، ضدعفونیکردن ماسکها، تولید ماسکهای پنبهای قابل استفاده مجدد و ماسکهای مبتنی بر نانوالیاف هستند. ما در بندهای بعدی قصد داریم این موارد را مورد بحث قرار دهیم.
سلینا[14] و همکاران [26] روشهایی برای افزایش تعداد دفعات استفاده از ماسکهای جراحی ارائه کردهاند. آنها اعتقاد دارند که ماسکهای جراحی و رسپیراتورهای N95 میتوانند با عملیات حرارتی یا اسپریکردن (پاشیدن) محلول ضدعفونیکننده قابلیت استفاده مجدد را خواهند داشت. روشهای پیشنهادی عملیات حرارتی در زیر لیست شده است:
بعلاوه، اسپریکردن یک لایه نازک از محلولهای ضدعفونیکننده زیر به سطح ماسکها میتواند ویروسهای احتمالی را از بین ببرد:
در یک مطالعه اخیر، ما[15] و همکاران [27] اثر بخار در حذف ویروس و کارایی ماسکهای پزشکی و رسپیراتورهای N95 را بررسی کردند. نتایج آنها نشان دادهاست که بخار دادن به مدت 120 دقیقه میتواند ماسکها را به طور موثری ضدعفونی کند بدون اینکه از کارایی آنها کم کند. بنابراین، این محققان بخاردادن ماسکها را توسط ماشین بخار متداول به مدت 60-120 دقیقه پیشنهاد کردند. روش دیگر برای طولانیکردن استفاده از پوشش صورت، اشعه ماوراء بنفش ضدباکتری[16] (UVGI) است [28].
لیندزلی[17] و همکاران [29] و میلس[18] و همکاران [30] گزارش کردهاند که رسپیراتورهای N95 آلوده به آنفلوانزا میتوانند به طور مناسب توسط اشعه UVGI برای حدود 1دقیقه بدون اینکه کارایی فیلتر را کاهش دهد، ضدعفونی شوند. در مطالعه اخیر، همزوی[19] و همکاران [31] از بیمارستان هنری فورد یک ستاپ UVGI ایجاد کردهاند که میتواند برای ضدغفونی COVID-19 استفاده شود (شکل 7). میزان دوزتابشی UV مورد نیاز J/cm2 1 است که میتواند در بازه زمانی 60-40 ثانیه با تابیدگی mW/cm2 10 تحویلداده شود. اگرچه این روشها تا حدی موفقیتآمیز بودند، اما تاکنون کارآیی آنها توسط سازمانهای بین المللی مانند WHO و FDA به اثبات نرسیدهاست.
شکل 7. ستاپ UVGI پیشنهادشده توسط Hamzavi و همکاران [31] (فاصله لامپ تا بالای میز تقریباً cm14 است).
ماسکهای پارچهای به دلیل قابلیت دسترسی و تولید ساده میتوانند در طی پاندمی فعلی کمک شایانی به جامعه داشته باشند. اگرچه بسیاری از مقالات تحقیقاتی، کارآیی ماسکهای جراحی را در انسداد ویروسها تأیید میکنند [32]، اما تحقیقات محدودی در مورد اثربخشی ماسکهای پارچهای برای محافظت در برابر COVID-19 ارائه شده است [33]. دیویس[20] و همکاران [12] تاثیر پوشش صورت پنبهای دستساز با ماسکهای تجاری را ارزیابی کرده و دریافتند که هر دو میتوانند پاتوژنها (عوامل بیماریزا) را مسدود کرده و از کاربران محافظت کنند. با این حال، آنها گزارش دادند ماسکهای جراحی در مقایسه با پوششهای صورت دستساز، محافظت سه برابر بهتری را فراهم میکند. وان در سانده[21] و همکاران [34] در تحقیقی دیگر گزارش کردند هنگامی که افراد از ماسکهای پارچهای استفاده میکنند، میزان قرار گرفتن در معرض آئروسل(هواپخش) به طور قابلتوجهی کاهش یافتهاست. همچنین، آنها معتقدند اگرچه ماسکهای ذکرشده درجه بالایی از محافظت را ارائه نمیدهند، اما ممکن است خطر انتقال ویروس را در بیماران بدون علائم کاهش دهند. کلیس[22] و همکاران [35] محافظت 72%، 51% و 97% در برابر ویروسها را به ترتیب برای ماسکهای صورت تولیدشده از پارچههایخشککن[23](100% پنبه)، تیشرت (100% پنبه) و ماسکهای جراحی گزارش کردهاند.
در اینجا سوال این است که کدام نوع از الیاف و منسوجات بالاترین سطح محافظتی را فراهم میکنند؟
لاستیگ[24]و همکاران [36] پیشنهاد دادهاند که ماسکهای پارچهای تولیدشده باید از دولایه پارچههای آبگریز و آبدوست ساخته شوند. لایه آبگریز به عنوان یک مانع عمل میکند و از جذب یا انتقال آئروسلهای مایع به لایههای داخلی جلوگیری میکند. بنابراین، پارچههای پلیاستر[25] و پلیپروپیلن[26] میتوانند به عنوان لایه بیرونی انتخاب شوند و پارچههای پنبهای میتوانند به عنوان لایه داخلی آبدوست مورد استفاده قرارگیرند. ژائو[27] و همکاران [37] کارایی فیلترکردن و کیفیت پارچههای مختلف خانگی را بررسی کردند. آنها دریافتند که پارچههای پنبهای بالاترین کارایی فیلترکردن را ارائه میدهند، اما به دلیل کاهش جریان هوا، کیفیت فیلتراسیون پایینتری را نشان میدهند. از طرف دیگر، پارچههای PP سطح قابل قبولی از راندمان فیلتراسیون و کیفیت عالی را ارائه میدهند. همچنین کاندا[28]و همکاران [38] کارایی فیلترکردن پارچههای مختلف را مطالعه کردند. آنها نشان دادند که ماسکهای هیبریدی (مانند پنبه -ابریشم، پنبه-شیفون (نوعی پارچه ابریشمی)، پنبه -فلانل) بیش از 80% (برای ذرات <300 نانومتر) و بیش از 90% (برای ذرات> 300 نانومتر) فیلتراسیون را فراهم میکنند. به طور خلاصه، بر اساس این نتایج، ما میتوانیم یک ماسک صورت سه لایه (PP-پنبه- ابریشم) ارائه دهیم که کیفیت و کارایی فیلترکردن قابلقبولی را در برابر ویروس COVID-19 فراهم میکند. خصیصه اصلی این نوع ماسک قابلیت شستشویی آن است که باعث میشود حداقل برای حدود 50 سیکل قابل استفاده مجدد باشد.
فناوری نانو یک زمینه تحقیق در حال ظهور است که در آن دانشمندان از حوزههای مختلف برای استفاده از مزایا مواد نانومقیاس در تعامل هستند. اخیراً محققان از فناوری نانو برای بهبود یا افزودن ویژگی های منحصر به فرد ماسکهای متداول استفاده میکنند. قبلاً اهمیت عملیات حرارتی و اشعه ماورا بنفش در ماسکهای ضدعفونیشده مورد بحث قرار گرفت. اگرچه این روشها نتایج امیدوارکنندهای را برای ما فراهم میکنند، اما به برخی از دستگاهها مانند محفظه UVGA و آون نیاز دارند. این دستگاهها ممکن است در بیمارستانها یا مکانهای دیگر موجود باشد، اما افراد عادی به آنها دسترسی ندارند یا نمیتوانند این وسایل را استفادهکنند. بنابراین، ژانگ[29]و همکاران [39] در مطالعه اخیر ایدهای را مطرح کردند که ماسکهای صورت خود تمیزکننده را میتوان با استفاده از مکانیسم فوتوترمال[30] تولید کرد. آنها یک خط تولید مبتنی بر روش انتقال به جلو القاشده لیزر[31] در حالت دوگانه ایجاد کردند (شکل 8). در این روش، یک لایهی نازک از نانوذرات گرافن روی سطح ماسکها پوشش داده میشود. ماسکهای بهدستآمده از این روش به صورت قابل توجهی آبگریزی بالایی را نشان میدهند که میتواند کاربر را در برابر قطرات محافظت کند. علاوه بر این، دمای سطح ماسکهای صورت تحت تابش نور خورشید میتواند به سرعت تا 80 درجه سانتیگراد افزایش یابد. این خاصیت باعث میشود که ماسکها پس از یک استریلشدن ساده به واسطه نور خورشید، به طور مجدد قابل استفاده باشند.
شکل 8. تصویری از خط تولید مبتنی بر LIFT حالت دوگانه برای تولید رول به رول ماسک کتشده با گرافن.
استفاده از گرافن در طراحی ماسکهای محافظ COVID نه تنها در مقالات علمی گزارش شدهاست، بلکه شرکتها نیز علاقهمند به استفاده از این نانومواد با ارزش در طراحی ماسک خودشان هستند. شرکتی مستقر در لندن به نام دایرکتا پلاس[32] از لایه نازکی از گرافن برروی سطح پارچه استفادهکردهاست. آنها ادعا کردند که محصول فعلی قابل شستشو است. بنابراین، میتواند به صورت مجدد مورد استفاده قرارگیرد که آن را دوستدار محیط زیست میکند. بعلاوه، آنها معتقدند که گرافن به دلیل خواص اکسیدکنندگی خود، خواص ضد باکتری دارد [40].
ماسکهای جراحی و رسپیراتورها از الیاف میکرومقیاس بیبافت ساخته میشوند. آلایندههای بزرگتر از اندازه منفذ الیاف نمیتوانند از آنها عبورکنند و یا در بعضی موارد، آلایندهها به دلیل بار الکترواستاتیک به الیاف جذب میشوند. بنابراین، میتوان با کاهش قطر متوسط الیاف نتیجهگیری کرد که هنگامیکه سطح مخصوص افزایش مییابد اندازه منافذ کاهش خواهد یافت. این پدیده کارایی انسداد متهای بیبافت الیاف را افزایش میدهد. اکنون مدتی است که محققان ماسکهای مبتنی بر نانوالیاف را با خواص برتر ثبت اختراع میکنند [41, 42]. همچنین، ماسکهای صورت مبتنی بر نانوالیاف دوستدار محیطزیست هستند (زیست تخریب پذیری و قابلیت استفاده مجدد)، که باعث جذابیت بیشتر آنها در پاندمیک فعلی COVID-19 میشود. اخیراً اولاه[33] و همکاران [43] قابلیت استفاده مجدد ماسکهای نانوالیاف را مورد بررسی قراردادهاند. ماسکهای نانوالیاف و جراحی با پاشش و یا غوطهوری در محلول اتانول 75% ضدعفونی شدند و سپس اجازه دادهشد تا در دمای محیط خشک شوند. نتایج نشانداد که کاهش قابل توجهی در کارایی فیلتراسیون ماسکهای جراحی وجود دارد، در حالیکه این فاکتور برای ماسکهای نانوالیاف پایدار است. جنبه محیط زیستی دیگر ماسکهای نانوالیاف، قابلیت زیستتخریبپذیری بالاتر آنها به دلیل سطح مخصوص بالا است. بنابراین، ماسکهای تولیدشده از نانوالیاف ذاتاً میتوانند سریعتر تخریب شده و مسائل محیط زیستی کمتری را ایجاد کنند.
محمد[34] و همکاران [44] برای تولید وبهای نانولیفی PVA/PVP زیست تخریب پذیر، یک روش الکتروریسی جدید دو حبابه به منظور فیلتراسیون موثر هوا ایجاد کردهاند. آلمیدا[35]و همکاران [45] نانوالیاف استات سلولز (CA)/ استیل پیریدینیم برمید (CPB) زیست تخریبپذیر ساختند. نتایج این مطالعه نشان دادهاست که نانوالیاف میتوانند ذرات کوچکتر از 300 نانومتر با راندمان بالا را در مقایسه با ماسکهای صورت تجاری مسدود کند. شکل 9 نشان دادهاست که چگونه نانوالیاف آلایندههای ریز را مسدود کردهاست. علاوه بر انسداد فیزیکی آئروسلهای هوایی، میتوان نانوالیاف را برای جذب ذرات باردارشده از طریق سازوکار جذب الکتریکی طراحیکرد [46].
شکل 9. تصاویر SEM از ذرات ریز مسدود شده توسط نانوالیاف CA/CPB با بزرگنماییهای زومشده (الف) x 2000 و (ب) x 10،000 [45]
پلیوینیلیدنفلوراید[36] یک فلوئوروپلیمر ترموپلاستیک غیر واکنشی است که دارای خاصیت پیزوالکتریک قابل توجهی است. محققان از این پلیمر برای اولترافیلتراسیون، میکروفیلتراسیون و تقطیر غشایی به دلیل آبگریزی، مقاومت حرارتی و شیمیایی بالا و خواص مکانیکی عالی آن استفاده کردهاند. آکدمن[37] [47] نانوالیاف استات سلولز (CA)/ پلیوینیلیدنفلوراید (PVDF) را به عنوان یک نامزد بالقوه برای فیلتر ماسک N95 ساخت. نتایج آنها نشان دادهاست که منسوجات بیبافت ساختهشده میتوانند تمام استانداردهای انستیتوی ملی سلامت و ایمنی کار را برآورده کنند و ذرات بزرگتر از 300 نانومتر را بیش از 95%مسدود کنند. لیانگ[38] و همکاران[2] سیستم فعلی نانوالیاف را برای فیلترکردن ذرات COVID-19 منتقلشده در هوا ایجاد کردند. این محققان معتقدند که یک فیلتر چهارلایه نانوالیاف میتواند 90% از ذرات COVID-19 با ابعاد 100 نانومتر را مسدود کند. از طرف دیگر، نوئل[39] و همکاران ]48[ از روش ریسندگی دمش محلول (SBS) برای تهیه ماسکهای فیلتر چندلایه کامپوزیتی استفاده کردند. آنها سه نوع پارچه نانولیفی مختلف دیاستات سلولز (CDA)، پلی اکریلونیتریل (PAN) و PVDF تهیه کردند. نتایج کار آنها بیانگر این است که وجود ویژگیهای مولکولهای مختلف در نانوالیاف الکتروریسیشده اثر قابل توجهی بر عملکرد فیلتراسیون دارند، به طوریکه نانوالیاف PAN بهترین عملکرد فیلتراسیون با فاکتور کیفیت و نفوذپذیری خوب هوا (Pa-1 0.05) را دارد، درحالیکه در میان نانوالیاف مطالعهشده، کیفیت فیلتر کردن هوا PVDF با فاکتور کیفیت Pa-1 0.02 کمترین بودهاست. در تحقیقات اخیر، لی[40] و همکاران ]49[ فیلترهای غشایی با عملکرد بالا از نانوالیاف پلیبنزیمیدازول (PBA) را تولیدکردند که میتواند برای ماسکهای ضد گرد و غبار یا سایر فیلترهای هوایی استفاده شود. آنها نشان دادند که غشای نانوالیاف فیلتر PBI، در مقایسه با ماسک صورت تجاری، با پایینترین افت فشار (130 Pa)، به بازده فیلتراسیون بالا (%98.5~) رسیدهاست. همچنین، نازک[41] و همکاران ]50[ با استفاده از اچینگ هیدروکسیدهای پتاسیم (KOH)، یک قالب نانومتخلخل مبتنی بر Si انعطافپذیر را با استفاده از فناوری سیلیکون بر روی عایق (SOI) بهبود بخشیدند، به طوریکه قالب مدنظر به عنوان ماسکی سخت از طریق فرآیند اچینگ یونی واکنش پذیر برای انتقال الگو بر روی یک غشای پلیمری سبک وزن (<0.12g) و انعطاف پذیر استفاده شدهاست. غشای انعطافپذیر ممکن است بر روی ماسک N95 به منظور افزایش کارایی فیلتراسیون در برابر ذرات زیر 300 نانومتر، از جمله COVID-19، استفاده گردد.
نتیجهگیری
پس از شیوع کرونا ویروس در جهان، اطلاعات متناقض بسیاری در شبکههای اجتماعی به اشتراک گذاشتهشد. بهطورکلی، بیشتر این شایعات در این مورد بودهاست که چگونه ما میتوانیم از خود در برابر COVID-19 محافظت کنیم. از آنجا که بهدستآوردن اطلاعات معتبر میتواند چالش برانگیز باشد، ما سعی کردیم اهمیت ماسکهای پوششی را در کاهش گسترش ویروس فعلی COVID-19 بررسی کنیم. ماسکهای صورت و رسپیراتورها میتوانند با کنترل منبع در بیماران آلوده و انسداد و جلوگیری از قطرات در افراد سالم، نرخ عفونت را کاهش دهند. دو تحقیق در هونگ کنگ و ایالات متحده نشانداد که استفاده اجباری از ماسک صورت تعداد موارد تاییدشده را کاهشدادهاست. بنابراین، بسیاری از کشورها استفاده اجباری از ماسک صورت را در مکانهای عمومی تصویب کردهاند. این تصمیم صنعت ماسک را با تقاضای 89 میلیون ماسک در ماه تحت فشار قرار داد. در اینجا سوال مطرحشده این است که در صنعت ماسک در جهان پس از کرونا چه اتفاقی خواهد افتاد؟ پاسخ این است که ماسکهای صورت بخشی از زندگی شخصی ما میشوند، مانند مسواک، شانه و حوله. اگر از ماسکهای جراحی یکبار مصرف استفاده کنیم، ماسکهای صورت را به عنوان زباله رایج در خیابانها، خانهها، محلهایکار و محیط طبیعی پیدا خواهیم کرد. این چیزی نیست که ما بهدنبال آن هستیم. بنابراین، ما باید راهی برای تولید ماسکهایی با خواص برتر که به صورت مجدد قابل استفاده باشند، پیدا کنیم. فناوری نانو با معرفی ماسکهای با قابلیت استفاده مجدد و زیست تخریبپذیر، این مشکل را برطرفکردهاست. ما اعتقاد داریم که این بررسی کمک قابلتوجهی به صنعت ماسک و نساجی برای تولید ماسکهای صورت با قابلیت اطمینان بیشتر برای محافظت از افراد در برابر کرونا ویروس میکند.
[1] Wuhan
[2] Hubei
[3] World Health Organization (WHO)
[4] Personal Protective Equipment
[5] Gown
[6] Centers for Disease Control and Prevention
[7] Adhikari
[8] Hong Kong Special Administrative Region of China
[9] SARS
[10] John Hopkins
[11] NIOSH
[12] Melt-blown
[13] Abu-Qdais
[14] Celina
[15] Ma
[16] Ultraviolet Germicidal Irradiation
[17] Lindsley
[18] Mills
[19] Hamzavi
[20] Davies
[21] Van der Sande
[22] Clase
[23] Tea towel
[24] Lustig
[25] PET
[26] PP
[27] Zhao
[28] Konda
[29] Zhong
[30] Photothermal
[31] Laser-induced forward transfer
[32] Directa Plus
[33] Ullah
[34] Muhammad
[35] Almeida
[36] PVDF
[37] Akduman
[38] Leung
[39] Noel
[40] Lee
[41] Nazek