Матю С. Селина

Национална лаборатория на Sandia, Отдел за наука за органични материали, 1853 г., Албакърки, Ню Йорк, 87185-1411, САЩ

Естеван Мартинес

Национална лаборатория на Sandia, Отдел за наука за органични материали, 1853 г., Албакърки, Ню Йорк, 87185-1411, САЩ

Майкъл А. Омана

b Национални лаборатории Sandia, Екип за аерозолна характеристика в отдели. 6633/6775, Албакърки, Ню Йорк, 87185-1104, САЩ

Андрес Санчес

b Национални лаборатории Sandia, Екип за аерозолна характеристика в отдели. 6633/6775, Албакърки, Ню Йорк, 87185-1104, САЩ

Дора Виман

b Национални лаборатории Sandia, Екип за аерозолна характеристика в отдели. 6633/6775, Албакърки, Ню Йорк, 87185-1104, САЩ

Матю Тезак

b Национални лаборатории Sandia, Екип за аерозолна характеристика в отдели. 6633/6775, Албакърки, Ню Йорк, 87185-1104, САЩ

Тим Р. Даргавил

c Институт за здраве и биомедицински иновации, Факултет по наука и инженерство и Център за материалознание, Технологичен университет в Куинсланд, Бризбейн, Куинсланд, 4000, Австралия

Резюме

Графично резюме

маски

1. Въведение

Епидемията от COVID-19 напряга болничните и общите ресурси за реагиране в много страни. Един проблем с доставките, който привлече световното внимание, е личните предпазни средства (ЛПС), по-специално филтриращите лицеви респиратори (FFR; желаният тип N95 или широко използваните маски за лице), които са подходящи за филтриране на въздушни патогени и се използват от милиони здравни грижи професионалисти и отговорници на обществеността. Маските от тип N95 се произвеждат от различни производители под различни търговски наименования. Терминът „NIOSH N95“ се отнася до рейтинг на ефективност на филтъра, което означава, че маскиращите материали блокират около 95% от частиците с размер или по-голям от 0,3 μm.

  • • От гледна точка на материалите има ли очевидни недостатъци при термичното кондициониране на маските за лице?
  • • Има ли достатъчна устойчивост на материала, както се демонстрира от маски, за да издържи на умерени превишени температури и удължено време на експозиция, т.е. над бързи 30-минутни експозиции при 75 ° C?

  • • Какво е поведението на задържане на прости дезинфектантни разтвори и техните активни съединения върху повърхностите?
  • • Могат ли прости разпръскващи разтвори, съдържащи дезинфектанти с ниско токсична помощна маска, да се използват повторно и също така да подобрят импровизираните в момента маски за лице?

2. Опции за повторна употреба на маска за лице и ЛПС - методи за стерилизация, които се прилагат в момента или се разглеждат

След епидемиите H1N1, H5N1 и SARS-CoV-1 имаше редица публикации в списания и доклади, разследващи методи за дезинфекция/стерилизация и задържане на вирусна материя за FFRs [[3], [4], [5]]. Тези проучвания признават, че при пандемия настоящият производствен капацитет и огромните запаси от FFR (89 милиона на месец в САЩ) ще трябва да бъдат допълнени от повторна употреба на FFR. В действителност, настоящият недостиг на ПЗР през 2020 г. в много страни има предимство при дефицита на място, наблюдаван по време на огнището на грип 2009–2010 г. [6]. Изследванията преди COVID-19 и неотдавнашните изследвания за повторно използване на FFR през 2020 г. предлагат редица стратегии за дезинфекция, всяка със свои предимства и недостатъци.

Приликите в химическата и физическата стабилност на вируса SARS-CoV-2 с други вируси позволяват да се предположи, че методите, използвани при изследването на FFR обеззаразяване на H1N1, H5N1 или SARS-CoV-1, могат да се използват успешно към SARS-CoV-2 [7]. Тази аргументация е потвърдена от първите възникващи изследвания на стабилността на SARS-CoV-2, които ориентировъчно показват, че тя може да бъде елиминирана с обичайните дезинфектанти, UV-C облъчване или повишени температури [[8], [9], [10], [ 11]]. Трябва да се отбележи, че субстратът също може да играе важна роля. Chin et al. показа, че след два дни не се открива инфекциозна ТОРС-CoV-2 върху тъкан, но върху хирургическа маска се откриват значителни нива след 7 дни [10]. Предвид предварителния характер на тези проучвания, все още се изискват много повече разследвания и валидиране, включително разследване на всички методи за обеззаразяване, за да се отговори на ресурсите, достъпни за различните потребители на FFR.

Високоенергийното облъчване има дълга история като метод за стерилизация на медицински изделия. Известно е, че енергийните фотони причиняват разграждане на нуклеиновите киселини, поради което е ефективен при инактивиране на патогени. Доказано е, че гама-облъчването на FFR до 10 kGy (1 Mrad) има малък ефект върху прилягането на маските (оценено с помощта на тест за пригодност на захариновия апарат), но филтрацията на 0,3 μm частици е нарушена [12]. Известно е също, че гама-лъчението причинява разграждане на полиолефините обикновено в диапазона> 50 kGy в зависимост от скоростта на дозата при окислителна чувствителност [[13], [14], [15], [16]]. Уникално за маските тук, индуцираното от радиация образуване на носител на заряд, засягащо слоевете на електретния филтър [17], може да бъде допринасяща променлива, водеща до намаляване на ефективността на FFR филтъра. Достъпът до източници на гама-лъчение, способни да достигнат дози kGy, също не е широко разпространен, така че взети заедно, облъчването може да не е най-удобният избор за широкомащабно обеззаразяване на FFR.

Ултравиолетовото (UV) облъчване в UV-C областта на електромагнитния спектър е друга форма на йонизиращо лъчение и има дълга история на използване при стерилизиране на повърхности. За разлика от гама-лъчението е лесно достъпно в повечето болнични и лабораторни условия. Редица проучвания подчертават потенциала на UV стерилизацията от обичайни източници на лампи с 254 nm [[18], [19], [20]], включително използване на лабораторни шкафове за биологична безопасност [11] и висока производителност, включително стъпки за проследяване FFR [21]. Въпреки това, може да има видимост, аспекти на проникване за по-дълбока дезинфекция (UV-C е много по-малко проникващо от гама) и потенциални проблеми с разграждането на повърхността, тъй като полимерите са относително чувствителни към UV-C (подобно на гама дозите).

Водородният пероксид е силен окислител и е ефективен като дезинфектант или като газова плазма, пара или разтвор. За FFR, използването на пари на водороден пероксид (HPV) е добре документирано, за да не повлияе на пригодността или ефективността на филтъра [19, 22] и е обещаващо за дезинфекция с висока производителност. Това е една техника, която е тествана върху FFRs, инокулирани с SARS-CoV-2 и е показана като ефективна, въпреки че резултатите са само предварителни [23]. Понастоящем се използва в някои части на САЩ за дезинфекция на големи партиди FFR за повторно разполагане сред потребителите [24] с подробни описания за това как да се приложи употребата на HPV [25]. Доказано е обаче, че газовата плазма на водороден прекис оказва влияние върху ефективността на филтъра по отношение на стандартния анализ за проникване на частици на натриев хлорид, въпреки че не е предложен механизъм [19].

Етиленоксидният газ (EO) се използва широко в медицинските изделия и хранителната промишленост като метод за стерилизация и подходящ за мащабни операции. Самият газ е токсичен и експлозивен, така че е необходимо да се внимава при боравенето с него и липсата на остатъчен газ трябва да се потвърди след обработката [23]. Освен това, проучване на остатъчни химикали върху FFR след обработка с EO показа наличие на токсични продукти на реакцията, за които се смята, че произхождат от реакцията на каучуковите ленти [26]. Други по-малко конвенционални методи за обеззаразяване включват нова оксидантна смес диметилдиоксиран [26], високоенергийни плазмогенериращи електроди като част от маска [27] и маски, импрегнирани с меден оксид [28]. Тези стратегии могат да бъдат полезни в бъдеще, но все още са недоказани подходи.

Използването на топлина за обеззаразяване на FFR е подход, който изисква минимални ресурси, тъй като фурните обикновено са лесно достъпни. Микровълновото отопление обаче е изключение, тъй като е известно, че причинява деформация на FFR, може би поради по-неравномерно локално отопление [18]. Предишна работа с H1N1 и H5N1 показа, че 70 ° C при 85% влажност за 30 минути [4, 29] е достатъчно, за да неактивни вирусите на FFRs [30].

Всеки подход към освежаване/стерилизация на маски за лице или подобряване на изработени по поръчка маски от плат с прилагане на малки количества разтвор за пръскане, предлагащи добавени дезинфектантни свойства, също изисква от нас да разгледаме колко дълго активните съединения могат да останат на повърхността на маската. Контактната инфрачервена ATR (Attenuated Total Reflection) спектроскопия е отличен метод за изследване колко бързо тънките слоеве в микрометърния диапазон могат да изчезнат или могат да бъдат задържани. Точната антивирусна ефикасност на специфични съединения трябва да бъде потвърдена въз основа на съществуващите литературни данни, чрез допълнителни биоанализи или допълнително установена от нашите колеги по биомедицина и вирусология и е извън обхвата на нашето настоящо проучване. Вместо това, ние искаме да демонстрираме колко ниски количества активни съставки могат да проявят неочаквана летливост или да са склонни да останат на повърхности за продължително време при RT и 37 ° C. Това е съществена основа за по-нататъшно разглеждане на използването на разреден дезинфектант на базата на разреден алкохол, не само като най-простият метод за бърза стерилизация на повърхността на маската, но и приложим за други повърхности на ЛПС или общо оборудване, клавиатури, компютърни мишки или подобни.

Всички съществуващи методи за стерилизация и повторна употреба или алтернативи, които понастоящем се разглеждат за маски (филтриращи лицеви респиратори), ще трябва да бъдат оценени според техните собствени специфични достойнства, с ефективност на стерилизация, функция на филтриране и цялостни характеристики (механични свойства и монтаж), за да бъдат оценени в паралелно. Това проучване иска да предостави допълнителни насоки за подходи за термична дезинфекция на предимно N95 маски, дезинфекция чрез прилагане на разредени разтвори за пръскане и задържане на дезинфектанти върху повърхности.

3. Термичното излагане като прост метод за стерилизация

3.1. Приближаване

Предмет на ограничено предлагане на маски за лице, предварително скринингово проучване, състоящо се от набор от множество маски, последователно отлежава в леко вентилирани лабораторни пещи със сух циркулиращ въздух за 24 h при 65 ° C, последвано от 24 h при 80 ° C и 24 h при 95 ° С. Всички маски останаха в отлично състояние след 24 часа при 65 ° C, но с някои доказателства за поява на материални слабости по време на последния етап от излагане на 95 ° C. Стана ясно, че по-високите температури или удълженото време със сигурност ще изтласкат надеждността на маската в неблагоприятен режим. След това един пресен комплект маски отлежава в продължение на 24 часа при 80 ° C, т.е. малко над целевия диапазон на температурата на стерилизация от 70-75 ° C, а друг набор за потвърждаване на допълнителна устойчивост за 24 часа при 95 ° C. След това тези два комплекта бяха проверени за признаци на зрително влошаване, докато еластичните ленти бяха тествани в режим на опън чрез разтягане на определена дължина (75 mm) със 100% (удвояване на дължината му).

Получихме маски за лице (обобщени в таблица 1 и показани на фиг. 1), които често се срещат в здравната система на САЩ, и един пример, който е по-подходящ като маска за прах N95 за работа при твърди частици (Moldex N95). Често използваните материали за производство на маски са полипропилен и полиестерни тъкани, обикновено като стопилни или електроспинови влакна [45]. Фиг. 2, Фиг. 3, Фиг. 4 предлагат преглед на слоестата структура на такива маски за лице и използваните полимерни тъкани, анализирани чрез IR спектроскопия, показваща спектрална абсорбция спрямо вълнообразно число за целите на идентификацията на материала. Търговските PPE маски обхващат подобни филтърни материали (най-вече полипропилен и полиестер) и принципи на проектиране. Следователно всякакви заключения относно тяхното термично стареене и поведението на производителността на филтъра вероятно ще бъдат по-широко приложими.

маса 1

Маски, използвани за контролирано стареене (скрининг и 24 часа при излагане на 80 и 95 ° C) и последваща оценка на филтъра. * Поради ограничената наличност, маската Moldex е била само кумулативно състарена, но не е била изложена отделно при 80 и 95 ° C. * Само визуални проверки.