Een sandwich van materialen getest door Sandia National Laboratories wordt vervaardigd in N95-achtige ademhalingstoestellen die kunnen worden gebruikt in lokale medische voorzieningen. Het project is ontstaan ​​vanuit de dringende behoefte aan persoonlijke beschermingsmiddelen toen de COVID-19-uitbraak begon.

"Ik kan je bijna verzekeren dat niemand anders in het land beademingsapparatuur maakt zoals wij ze maken, " zei Dave Mayberry, technisch leider voor Marpac, Sierra Peaks en Sew-EZ, de bedrijven die met Sandia hebben samengewerkt bij het testen van materialen. "We wilden niet dezelfde materialen onderzoeken die al in de typische N95-toeleveringsketen worden gebruikt vanwege beschikbaarheidsproblemen, dus hebben we gekeken naar andere materialen die we konden vinden en die het meest waarschijnlijk aan de filtratie-eisen voldeden."

Marpac, Sierra Peaks en Sew-EZ werden gekoppeld aan Sandia-wetenschappers via het New Mexico Small Business Assistance-programma dat de nationale laboratoria van Sandia en Los Alamos koppelt aan bedrijven die hulp zoeken bij het oplossen van technische problemen. Sandia werkte met elk bedrijf aan een project.

"Het was erg bevredigend om NMSBA te zien, een staatsprogramma, bedrijven in New Mexico helpen bij het aanpakken van COVID-19-problemen, " zei Jackie Kerby Moore, manager technologie en economische ontwikkeling bij Sandia. "Het was ook de moeite waard om te zien hoe het Sandia-team de kans aangreep om deze drie bedrijven te helpen met hun beademingsapparatuur."

Aanpassen aan een behoefte

Marpac is gespecialiseerd in het vervaardigen van medische hulpmiddelen voor het beveiligen van slangen en werkt nauw samen met engineering- en productiebedrijven Sierra Peaks en Sew-EZ.

Mayberry nam contact op met Sandia na het ontvangen van een verzoek van een plaatselijk ziekenhuis om te zien of het bedrijf zou kunnen helpen bij het aanpakken van het potentiële tekort aan N95-ademhalingstoestellen. Gecertificeerde N95-ademhalingstoestellen worden gedragen als maskers en beschermen gebruikers tegen 95% van de deeltjes in de lucht en vloeistofverontreiniging.

Sandia heeft de apparatuur en expertise om te helpen, en binnen een paar dagen nadat Marpac contact had gezocht, een team van wetenschappers begon te werken aan de uitdagende taak om systemen aan te passen om ervoor te zorgen dat monsters goed werden getest.

Michael Omana, hoofdonderzoeker van Sandia, zei dat het team aerosol- en filtratiesystemen heeft aangepast die doorgaans worden gebruikt voor nucleaire non-proliferatie. Ze moesten de luchtstroom van het systeem aanzienlijk verminderen om de snelheid waarmee mensen ademen na te bootsen. Ze hebben ook bestaande testboxen aangepast om de monsters snel te monteren en af ​​te sluiten voordat ze door het testbed worden geleid.

"We werden op donderdag getapt over het eerste project met Marpac en hebben vrijdag de omvang van het werk en het contract opgesteld, " zei Omana. "Tegen maandag of dinsdag, we waren klaar met alle systeemaanpassingen. De eerste tests van de eerste set materialen waren tegen het einde van de week voltooid, en gegevens werden aan Marpac verstrekt."

Initiële testmaterialen presteerden ondermaats, waarbij het beste monster binnen 10% van de gewenste filtratieniveaus komt. Binnen een paar weken, de onderzoekers begonnen veelbelovende resultaten te zien van nieuwe materiaalsamenstellingen. Creativiteit bij het combineren van materialen resulteerde in monsters met beschermingsniveaus vergelijkbaar met N95-ademhalingstoestellen.

Marpac vervaardigde 500 N95-achtige ademhalingstoestellen met behulp van de door Sandia geteste materialen, en Mayberry zei dat ze geschiktheidstests doorstonden in een plaatselijk ziekenhuis. Ze onderzoeken ook aanvullende medische voorzieningen die het product kunnen gebruiken.

"We voelen ons bevoorrecht dat de lokale ziekenhuisaanbieder naar ons toe kwam na het zien van onze mogelijkheden, "Zei Mayberry. "Dit heeft ons zeker uit onze comfortzone gehaald, en zeker zonder de technische ondersteuning van Sandia Labs, dit zou moeilijk zijn geweest om alle soorten materialen te valideren die waarschijnlijk in een gasmasker zouden worden gebouwd."

Een oplossing starten

Snel werken was cruciaal voor de projecten, Sandia onderscheiden technoloog Dora Wiemann zei:en het team maakte lange dagen, ook in het weekend.

De projecten met elk bedrijf bouwden op elkaar voort. Voor het eerste project met Marpac, onderzoekers testten platen van composietmaterialen die door het bedrijf werden geleverd in de grote, aangepast filtersysteem.

Voor het tweede project met Sierra Peaks, aanvullende aanpassingen aan de testbox stelden de wetenschappers in staat om monsters te monteren en af ​​te dichten die in ademhalingsgeometrieën waren gesneden, en om vergelijkende onderzoeken te voltooien met gecertificeerde N95-ademhalingstoestellen.

Het derde project met Sew-EZ, die aan de gang is, omvat verdere monstertesten met behulp van het filtersysteem en een extra commercieel kant-en-klaar systeem, die doorgaans door de industrie wordt gebruikt om producten zoals N95-ademhalingstoestellen te certificeren.

"Sandia is geen certificeringslab, maar het gezamenlijke gebruik van de systemen stelde ons in staat om gegevens te verstrekken die kunnen worden vergeleken met producten die via traditionele wegen zijn gecertificeerd, "Zei Omana. "Deze gegevens zullen het bedrijf helpen als het ervoor kiest om certificering van zijn product te zoeken via de juiste organisaties."

Omana en een paar andere onderzoekers testen de materialen in het lab, vervolgens gegevens doorsturen om te worden verwerkt tot kwantitatieve resultaten. De tijdlijn van alle projecten was strak, maar de onderzoekers zeiden dat veelbelovende tests lonend waren, vooral omdat het resultaat de potentie heeft om mensen te helpen in tijden van crisis.

"Ik ben blij dat ik in de positie ben waarin ik zit, zodat ik kan helpen met dit echt grote probleem met het karakteriseren van materialen die kunnen worden gebruikt voor N95-vervangingen, " zei Wiemann. "Tegen het einde van de eerste aanpassingen en testen, we waren een heel hecht team, een belangrijk probleem oplossen. Het was vermoeiend en opwindend."