Het tekort aan persoonlijke beschermingsmiddelen (PBM) dat beschikbaar is voor beroepsbeoefenaren in de gezondheidszorg, wordt steeds problematischer naarmate het aantal Covid-19-gevallen blijft toenemen. De enorme hoeveelheid persoonlijke beschermingsmiddelen die nodig is om zowel artsen als hun patiënten in deze huidige crisis te beschermen, is ontmoedigend - er zullen bijvoorbeeld elke maand in het hele land tientallen miljoenen wegwerpmaskers nodig zijn. Deze week, een team van MIT lanceerde massaproductie van een nieuwe techniek om aan de grote vraag naar wegwerpbare gelaatsschermen te voldoen.

Het ontwerp van het gelaatsscherm uit één stuk wordt gemaakt met behulp van een proces dat bekend staat als stansen. Machines snijden het ontwerp uit duizenden vlakke platen per uur. Zodra dozen van deze platte lakens in ziekenhuizen aankomen, beroepsbeoefenaren in de gezondheidszorg kunnen ze snel in driedimensionale gelaatsschermen vouwen voordat ze worden aangepast voor een goed gezicht.

"Deze gelaatsschermen moeten snel en tegen lage kosten worden gemaakt, omdat ze wegwerpbaar moeten zijn, " legt Martin Culpepper uit, hoogleraar werktuigbouwkunde, directeur van Project Manus, en lid van het bestuursteam van MIT over productiemogelijkheden voor Covid-19. "Onze techniek combineert goedkope materialen met een hoogwaardig productieproces dat het potentieel heeft om in de landelijke behoefte aan gezichtsschermen te voorzien."

Culpepper en zijn team bij Project Manus leidden de ontwikkeling van de techniek in samenwerking met een aantal partners van MIT, lokale ziekenhuizen, en industrie. Het team heeft nauw samengewerkt met de MIT Medical Outreach en de Crisis Management Unit, opgericht door vice-president voor onderzoek Maria Zuber en geleid door professor Elazer R. Edelman.

De eerste fabricage van de schilden zal worden gedaan door Polymershapes, gevestigd in Boston, Massachusetts met plannen om over het hele land uit te breiden via vijfenvijftig extra Polymershapes-locaties.

De levensduur van gezichtsmaskers verlengen

Bij correct gebruik, gezichtsmaskers moeten worden vervangen telkens wanneer een arts of verpleegkundige een nieuwe patiënt behandelt. Echter, de afgelopen maand is aan veel zorgprofessionals gevraagd om één gezichtsmasker per dag te dragen. Dat ene masker kan virusdeeltjes bevatten, wat mogelijk bijdraagt ​​aan de verspreiding van Covid-19 in ziekenhuizen en gezondheidswerkers in gevaar brengt.

"Het gebrek aan adequate beschermingsmiddelen of het idee om potentieel besmette apparatuur opnieuw te gebruiken, is vooral beangstigend voor gezondheidswerkers die hun leven op het spel zetten, en bij uitbreiding het leven en het welzijn van hun gezinnen, elke dag aan de lijn, " legt Edelman uit, Directeur van MIT's Institute for Medical Engineering and Science, Edward J. Poitras Hoogleraar Medische Technologie en Wetenschap, en leider van MIT's PPE-taskforce waar Culpepper in werkt.

Gezichtsschermen kunnen dit probleem aanpakken door een ander apparaat te bieden voor bescherming dat het hele gezicht bedekt, het toevoegen van een beschermingslaag aan de afdekkingen, maskers en meer, terwijl de levensduur van gezichtsmaskers en ademhalingstoestellen wordt verlengd. De schilden zijn gemaakt van heldere materialen en hebben een vorm die lijkt op een lasmasker. Ze beschermen de zorgverlener en hun gezichtsmasker tegen direct contact met virusdeeltjes die door hoesten of niezen worden verspreid.

"Als we de snelheid waarmee zorgprofessionals gezichtsmaskers met een wegwerpgezichtsscherm gebruiken, kunnen vertragen, we een echt verschil kunnen maken in het beschermen van hun gezondheid en veiligheid, ’, legt Culpepper uit.

Culpepper en zijn team bij Project Manus wilden een gelaatsscherm ontwerpen dat snel kon worden geproduceerd op een schaal die groot genoeg was om aan de groeiende vraag te voldoen. Ze kwamen terecht op een plat ontwerp dat mensen snel konden opvouwen tot een driedimensionale structuur wanneer het schild klaar was voor gebruik. Hun ontwerp omvat ook extra bescherming met flappen die onder de nek en over het voorhoofd vouwen.

Omdat een groot deel van de campus van MIT tot stilstand kwam in het licht van de maatregelen voor sociale afstand, Culpepper begon met het maken van prototypes met een lasersnijder die hij in huis had. Samen met wat ontwerpinput van zijn kinderen, hij testte verschillende materialen en maakte thuis de eerste tien prototypes.

"Als je aan materialen denkt, je moet supply chains in gedachten houden. Je kunt geen materiaal kiezen dat uit de toeleveringsketen zou kunnen verdampen. Dat is een uitdagend probleem in deze crisis, " legt Culpepper uit. Na het testen van een paar materialen die barsten en braken bij het buigen, het team koos polycarbonaat en polyethyleentereftalaatglycol - beter bekend als PETG - als het materiaal van het schild.

Naast het maken van meer prototypes bij het Project Manus Metropolis Makerspace met behulp van een lasersnijder, Culpepper werkte samen met professor Neil Gershenfeld en zijn team bij MIT's Centre for Bits and Atoms (CBA) aan rapid-prototyping-ontwerpen voor het testen met een Zund-grootformaat snijplotter.

Het team van Gershenfeld bij CBA werkt aan een aantal projecten voor de respons op het coronavirus met behulp van zijn digitale fabricagefaciliteit bij MIT en het wereldwijde Fab Lab-netwerk dat het heeft gelanceerd. "De coronavirus-reactiesite is een geweldige bron voor diegenen die geïnteresseerd zijn in het werken aan oplossingen voor PBM's en apparaten voor de Covid-19-pandemie, ’, vult Culpepper aan.

"Het was een genoegen in deze moeilijke tijd om met zo'n indrukwekkende groep samen te werken, gebruikmakend van alle sterke punten van het Instituut om snel een oplossing voor een dringende behoefte te definiëren en te verfijnen, ", zegt Gershenfeld. "Het werk bij MIT zal waardevol zijn buiten de directe lokale impact, als een best-practices-referentie voor de vele andere gelaatsschermprojecten die over de hele wereld opkomen."

Het schild testen in lokale ziekenhuizen

Met een aantal werkende prototypes gebouwd, Culpepper en zijn team zijn na overleg met, en praktische feedback van, Edelman, die zelf arts is.

"De grootste onzekerheid van een zorgverlener is de gedachte dat we besmet raken en daardoor niet in staat zijn onze taken uit te voeren of anderen te besmetten, ’, vult Edelman aan.

Edelman demonstreerde hoe te bewaren, monteren, en gebruik de gelaatsschermen voor verpleegkundigen en artsen in een aantal lokale ziekenhuizen. De deelnemers werd vervolgens gevraagd om ze in echte situaties te gebruiken en feedback te geven met behulp van een enquête van één pagina.

De feedback was overweldigend positief:de deelnemers ontdekten dat ze niet alleen eenvoudig te monteren en te gebruiken zijn, maar de door MIT ontworpen schilden boden een goede bescherming tegen het in contact komen met virusdeeltjes door spatten of vernevelde deeltjes.

Gewapend met deze feedback, Het team van Culpepper heeft een paar kleine aanpassingen aan het ontwerp gemaakt om de dekking rond de zijkanten en nek van gebruikers te maximaliseren. Nu het ontwerp klaar is, het project is deze week verschoven naar massaproductie met hoge snelheid.

Massaproductie met hoge snelheid

Vanaf deze week, fabricagebedrijf Polymershapes start met de massaproductie van de gelaatsschermen. De stansmachines die in massaproductie worden gebruikt, produceren de platte gezichtsschermen met een snelheid van 50, 000 schilden per dag in een paar weken. De fabrikant zal doorgaan met het opvoeren en verhogen van de productiesnelheid met de mogelijkheid om in meer dan tachtig nationale fabrieken te fabriceren.

"Dit proces is zo ontworpen dat er een potentieel is om op te lopen tot miljoenen gelaatsschermen die per dag worden geproduceerd, " legt Culpepper uit. "Dit zou heel snel een landelijke oplossing kunnen worden voor tekorten aan gezichtsschermen."

MIT is van plan de eerste 40 te kopen, 000 gelaatsschermen om deze week te doneren aan lokale ziekenhuizen in de omgeving van Boston en Polymershapes zal 60, 000.

"Het hebben van een adequate en misschien zelfs eindeloze voorraad PBM is absoluut cruciaal om de veiligheid van de hele bevolking te waarborgen, vooral degenen die voor Covid-19-patiënten zorgen, ’, vult Edelman aan.

Gedurende het hele proces, Het team van Culpepper kreeg hulp van een aantal collega's en afdelingen binnen MIT. Dit omvat MIT's Office of the Vice President for Research, Professor Elazer Edelman, Tolga Durak, Directeur, MIT-omgeving, Gezondheids- en veiligheidsbureau, Het Centrum voor Bits en Atomen, MIT inkoopoperaties, MIT's kantoor van de General Counsel, MIT's afdeling Werktuigbouwkunde, en collega's van het MIT Lincoln Laboratory die materiaal hielpen om de gezichtsschermen te bouwen en ontwerpiteraties ondersteunden. Ze kregen ook advies van MIT-collega's die samenwerkten met het Massachusetts Technology Collaborative, dat helpt bij het organiseren van fabrikanten om te reageren op de behoeften van Covid-19.

"Dit project was een geweldig voorbeeld van samenwerking binnen het MIT en het gebruik van mind-heart-hand. Toen we contact zochten met anderen, ze hebben alles laten vallen om hun geest en handen aan het werk te zetten om ons te helpen dit snel te laten gebeuren, ", zegt Culpepper. "Het is ook een goed voorbeeld voor anderen om veilig en snel PBM voor COVID 19 te innoveren."