Un sandwich di materiali testati dai Sandia National Laboratories viene prodotto in respiratori simili a N95 che potrebbero essere utilizzati nelle strutture mediche locali. Il progetto è nato dall'urgente necessità di dispositivi di protezione individuale quando è iniziata l'epidemia di COVID-19.

"Posso quasi assicurarti che nessun altro nel paese produce respiratori nel modo in cui li produciamo noi, " ha detto Dave Mayberry, responsabile tecnico per Marpac, Sierra Peaks e Sew-EZ, le aziende che hanno collaborato con Sandia alle prove sui materiali. "Non volevamo ricercare gli stessi materiali già utilizzati nella tipica catena di fornitura N95 a causa di problemi di disponibilità, quindi abbiamo esaminato altri materiali che potevamo reperire che sembravano più idonei a soddisfare i requisiti di filtrazione".

Marpac, Sierra Peaks e Sew-EZ sono stati abbinati agli scienziati di Sandia attraverso il programma New Mexico Small Business Assistance che abbina i laboratori nazionali di Sandia e Los Alamos con aziende che cercano aiuto per risolvere problemi tecnici. Sandia ha lavorato a un progetto con ciascuna azienda.

"È stato molto soddisfacente vedere NMSBA, un programma statale, aiutare le aziende del New Mexico ad affrontare i problemi di COVID-19, "ha detto Jackie Kerby Moore, responsabile della tecnologia e dello sviluppo economico di Sandia. "È stato anche gratificante vedere il team di Sandia cogliere l'opportunità di aiutare queste tre aziende con i loro respiratori".

Adattarsi per soddisfare un'esigenza

Marpac è specializzata nella produzione di dispositivi di fissaggio per tubi medici e lavora a stretto contatto con le società di ingegneria e produzione Sierra Peaks e Sew-EZ.

Mayberry ha contattato Sandia dopo aver ricevuto una richiesta da un ospedale locale per vedere se l'azienda potesse aiutare ad affrontare la potenziale carenza di respiratori N95. I respiratori certificati N95 sono indossati come maschere e proteggono gli utenti dal 95% delle particelle sospese nell'aria e dalla contaminazione dei liquidi.

Sandia ha le attrezzature e le competenze per aiutare, e pochi giorni dopo che Marpac ha contattato, un team di scienziati ha iniziato a lavorare sull'impegnativo compito di modificare i sistemi per assicurarsi che i campioni fossero testati correttamente.

Il ricercatore principale di Sandia, Michael Omana, ha affermato che il team ha modificato i sistemi di filtrazione e aerosol tipicamente utilizzati per il lavoro di non proliferazione nucleare. Hanno dovuto ridurre significativamente il flusso d'aria dei sistemi per imitare la velocità con cui respirano gli umani. Hanno anche modificato le scatole di prova esistenti per montare e sigillare rapidamente i campioni all'interno prima di farli passare attraverso il banco di prova.

"Siamo stati informati del primo progetto con Marpac giovedì e abbiamo redatto l'ambito del lavoro e il contratto entro venerdì, " Disse Omana. " Entro lunedì o martedì, avevamo terminato tutte le modifiche al sistema. I primi test della prima serie di materiali sono stati completati entro la fine della settimana, e i dati sono stati forniti a Marpac."

Materiali di prova iniziali sottoperformati, con il campione migliore che rientra nel 10% dei livelli di filtrazione desiderati. Entro un paio di settimane, i ricercatori hanno iniziato a vedere risultati promettenti da nuove composizioni di materiali. La creatività nella combinazione di materiali ha portato a campioni con livelli di protezione paragonabili ai respiratori N95.

Marpac ha prodotto 500 respiratori simili a N95 utilizzando i materiali testati da Sandia, e Mayberry ha detto che hanno superato i test di idoneità in un ospedale locale. Stanno anche esaminando ulteriori strutture mediche che potrebbero utilizzare il prodotto.

"Ci sentiamo fortunati che il fornitore dell'ospedale locale sia venuto da noi dopo aver visto le nostre capacità, " Mayberry ha detto. "Questo ci ha sicuramente allungato fuori dalla nostra zona di comfort, e certamente senza il supporto tecnico di Sandia Labs, sarebbe stato difficile convalidare tutti i tipi di materiali che sarebbero stati probabilmente costruiti in un respiratore".

Avviare una soluzione

Lavorare rapidamente è stato fondamentale per i progetti, L'illustre tecnologa di Sandia Dora Wiemann ha affermato:e il team ha lavorato a lungo, anche nei fine settimana.

I progetti con ciascuna azienda si sono costruiti l'uno sull'altro. Per il primo progetto con Marpac, ricercatori hanno testato fogli di materiali compositi forniti dall'azienda nel grande, sistema di filtrazione modificato.

Per il secondo progetto con Sierra Peaks, ulteriori modifiche al test-box hanno permesso agli scienziati di montare e sigillare campioni tagliati nelle geometrie dei respiratori, e per completare studi comparativi con respiratori certificati N95.

Il terzo progetto con Sew-EZ, che è in corso, comporta ulteriori test del campione utilizzando il sistema di filtrazione e un ulteriore sistema commerciale standard, che viene generalmente utilizzato dall'industria per certificare prodotti come i respiratori N95.

"Sandia non è un laboratorio di certificazione, ma l'utilizzo congiunto dei sistemi ci ha consentito di fornire dati confrontabili con prodotti certificati attraverso le vie tradizionali, " Ha detto Omana. "Questi dati aiuteranno l'azienda se sceglie di cercare la certificazione del suo prodotto attraverso le organizzazioni appropriate".

Omana e un paio di altri ricercatori testano i materiali in laboratorio, quindi inoltrare i dati da elaborare in risultati quantitativi. La tempistica di tutti i progetti è stata stretta, ma i ricercatori hanno detto che i test promettenti sono stati gratificanti, soprattutto perché il risultato ha il potenziale per aiutare le persone in un momento di crisi.

"Sono lieto di essere nella posizione in cui mi trovo in modo da poter aiutare con questo grosso problema con la caratterizzazione dei materiali che possono essere utilizzati per le sostituzioni N95, " ha detto Wiemann. "Alla fine delle modifiche iniziali e dei test, eravamo una squadra molto affiatata, risolvere un problema importante. È stato estenuante ed esilarante".