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Nanofaser-Gesichtsmasken erhalten die Filtrationseffizienz nach dem Waschen

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Mit der weltweiten Ausbreitung von Coronavirusinfektionen erhalten persönliche Schutzausrüstungen, insbesondere hygienische Gesichtsmasken, große Aufmerksamkeit.

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Masken sind unerlässlich für den primären Schutz der Atemwege vor Viren und Bakterien, die als Tröpfchen durch die Luft übertragen werden.

N95-Masken sind derzeit schwer zu beschaffen, daher besteht ein dringender Bedarf an einer sicheren Methode zur Verlängerung ihrer Verwendbarkeit durch Desinfektion und Wiederverwendung mit minimalem Verlust der Leistung und Integrität. Partikelfilterung und Luftdurchlässigkeit sind Schlüsselfaktoren bei der Bestimmung der Leistung bei der Reinigung und Desinfektion von N95-zertifizierten Masken. Dies ist entscheidend für die Verhinderung von Infektionen. Die Shinshu-Universität hat bereits vor dem Ausbruch des Coronavirus Forschungen über Produktionsmethoden und Anwendungen von "Nanofaser-Vliesstoff" durchgeführt.

Vor diesem aktuellen gesellschaftlichen Hintergrund untersuchte ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Ick Soo Kim vom Institut für Fasertechnik der Shinshu-Universität (IFES) mit den Doktoranden Sana Ullah und Azeem Ullah und Professor Cha Hyung Joon von POSTECH (speziell eingeladener Professor des IFES) mit den Doktoranden Jaeyun Lee und Yeonsu Jeong die Wirksamkeit von sterilisierenden N95-Masken. Sie untersuchten kommerziell erhältliche schmelzgeblasene Vliesstoff-N95-Masken und Vlies-Nanofasermasken mit N95-Filtern. Sie untersuchten die Filtrationseffizienz, den Komfort des Trägers und die Veränderung der Filterform nach dem Waschen und Desinfizieren. Die Methoden des Desinfektionstests waren das direkte Aufsprühen von 75%igem Ethanol auf den Maskenfilter und die Lufttrocknung sowie das Einweichen des Maskenfilters in 75%iger Ethanollösung für 5 Minuten bis 24 Stunden und das natürliche Lufttrocknen.

Die Filtrationseffizienz beider Filter (schmelzgeblasener Filter und Nanofaserfilter) lag vor dem Einsatz bei 95% oder mehr, was darauf hinweist, dass die Atmungsorgane des Trägers wirksam geschützt werden können. Die Tests stellten auch klar, dass das Innere des Filters wirksam sterilisiert werden kann, indem Ethanol dreimal oder öfter gesprüht oder für mehr als 5 Minuten in eine Ethanollösung getaucht wird. Wenn die Maske nach der Ethanol-Desinfektion jedoch wiederverwendet wurde, sank die Filtrationseffizienz des schmelzgeblasenen Filters auf 64%. Auf der anderen Seite verschlechterte sich die Filterleistung des Nanofaserfilters auch nach 10 oder mehr Benutzungen nicht.

Schmelzgeblasene Filter arbeiten nach dem Prinzip der elektrostatischen Aufladung zur Entfernung von Partikeln, da beim Sprühen oder Tauchen mit Ethanol die elektrostatische Ladung auf der Oberfläche des schmelzgeblasenen Filters verloren ging, so dass die Effizienz des schmelzgeblasenen Filters erheblich vermindert wurde. Auf der anderen Seite ist der Filtrationsmechanismus des Nanofaserfilters unabhängig von der statischen Ladung und vollständig abhängig vom Porendurchmesser, der Porenverteilung und der Morphologie der Nanofasern. Da die Morphologie der Nanofasern durch die Desinfektion nicht beeinflusst wurde, blieb auch die Filtration des Filters so optimal wie vor der Anwendung.

Darüber hinaus hat der Nanofaserfilter eine höhere Wärme- und Kohlendioxidemissionsleistung als der Meltblown-Filter und weist eine ausgezeichnete Atmungsaktivität auf. In ähnlicher Weise wurde bestätigt, dass der Nanofaserfilter eine geringere Zytotoxizität als der schmelzgeblasene Filter aufweist, als ein Sicherheitsexperiment mit menschlicher Haut und Gefäßzellen durchgeführt wurde.

Wie oben erwähnt, haben beide Maskenfilter zum Zeitpunkt der ersten Verwendung eine ähnliche Filterleistung, aber nach der Desinfektion und Wiederverwendung weist der Nanofaserfilter keine Leistungsverschlechterung auf. Mit anderen Worten: Nanofaserfilter können zu Hause leicht mit Ethanol sterilisiert und mehrfach wiederverwendet werden.

"Diese Forschung ist ein experimenteller Nachweis der biologischen Sicherheit von Nanofasermasken und der Aufrechterhaltung der Filtrationseffizienz nach dem Waschen, was in letzter Zeit zu einem Problem geworden ist", erklärt Professor Cha Hyung Joon, der die Forschung mit leitete. Professor Ick Soo Kim hofft, dass Nanofasermasken bei der zweiten und dritten Welle von Coronavirusinfektionen als Mittel zur Prävention dienen werden.

Die Ergebnisse dieser Forschung wurden online als Titelartikel in der internationalen akademischen Zeitschrift ACS Applied Nano Materials veröffentlicht, die von der American Chemical Society herausgegeben wird.