تقاضا برای ماسک های نانوفناوری با قابلیت محافظتی برتر در جهان بعد از کرونا

1. مقدمه

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؟

2. اهمیت ماسک­های پوششی

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]

3. انواع ماسک­های صورت و رسپیراتورها

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]

4. چالش­های محیط زیستی استفاده از ماسک

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.

5. استراتژی­های کاهش ضایعات ماسک صورت

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.

• استفاده طولانی و تمدید شده

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:

• در معرض قرارگرفتن به مدت 24 ساعت در دمای ^oC 80
• در معرض قرارگرفتن به مدت 24 ساعت در دمای ^oC 95

 بعلاوه، اسپری­کردن یک لایه نازک از محلول­های ضدعفونی­کننده زیر به سطح ماسک­ها می­تواند ویروس­های احتمالی را از بین ببرد:

• اسپری Lysol تجاری + اتانول 58% + آلکیل (50%C14 ، 40%C12 ، 10% C16) دی­متیل­بنزیل­آمونیوم ساکارینات 0.1%.
• 70 میلی­لیتر ایزوپروپانول + 30 میلی­لیتر آب دیونیزه + 25 میلی­لیتر پاک­کننده چندسطحی Pine-Sol
• 70 میلی­لیتر ایزوپروپانول + 30 میلی­لیتر آب دیونیزه + افزودن 3% wt سیتریک اسید + 1% wt صابون مایع دست ملایم
• 70 میلی­لیتر ایزوپروپانول + 30 میلی­لیتر آب دیونیزه + افزودن 1% wt دی سدیم EDTA + 1% wt بنزالکونیوم کلرید + 1% wt کلرهگزیدین گلوکونات
• 70 میلی­لیتر ایزوپروپانول + 30 میلی­لیتر آب دیونیزه + افزودن 3% wt روغن درخت چای
• 70 میلی­لیتر ایزوپروپانول + 30 میلی­لیتر آب دیونیزه + افزودن 3% wt لیمونن

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 با قابلیت استفاده مجدد

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.

• ماسک­های صورت مبتنی بر فناوری نانو

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