La carenza di dispositivi di protezione individuale (DPI) a disposizione degli operatori sanitari è diventata sempre più problematica poiché i casi di Covid-19 continuano a crescere. L'enorme volume di DPI necessari per proteggere sia i medici che i loro pazienti in questa crisi attuale è scoraggiante:ad esempio, ogni mese a livello nazionale saranno necessarie decine di milioni di schermi facciali usa e getta. Questa settimana, un team del MIT ha lanciato la produzione di massa di una nuova tecnica per soddisfare l'elevata domanda di schermi facciali usa e getta.

Il design della visiera monopezzo sarà realizzato utilizzando un processo noto come fustellatura. Le macchine taglieranno il disegno da migliaia di fogli piatti all'ora. Una volta che le scatole di questi fogli piatti arrivano agli ospedali, gli operatori sanitari possono piegarli rapidamente in schermi facciali tridimensionali prima di adattarsi al viso corretto.

"Queste visiere devono essere realizzate rapidamente e a basso costo perché devono essere usa e getta, " spiega Martin Culpepper, professore di ingegneria meccanica, direttore del Progetto Manus, e un membro del team di governance del MIT sulle opportunità di produzione per Covid-19. "La nostra tecnica combina materiali a basso costo con un processo di produzione ad alto tasso che ha il potenziale di soddisfare la necessità di schermi facciali a livello nazionale".

Culpepper e il suo team al Project Manus hanno guidato lo sviluppo della tecnica in collaborazione con un certo numero di partner del MIT, ospedali del territorio, e industria. Il team ha lavorato a stretto contatto con il MIT Medical Outreach e l'Unità di gestione delle crisi istituita dal vicepresidente per la ricerca Maria Zuber e diretta dal professor Elazer R. Edelman.

La fabbricazione iniziale degli scudi sarà effettuata da Polymershapes, con sede a Boston, Massachusetts con l'intenzione di espandersi in tutto il paese attraverso cinquantacinque sedi Polymershapes aggiuntive.

Allungare la vita delle maschere per il viso

Se usato correttamente, le maschere facciali dovrebbero essere cambiate ogni volta che un medico o un infermiere tratta un nuovo paziente. Però, nell'ultimo mese a molti operatori sanitari è stato chiesto di indossare una maschera facciale al giorno. Quella maschera potrebbe trasportare particelle di virus su di loro, contribuendo potenzialmente alla diffusione di Covid-19 all'interno degli ospedali e mettendo in pericolo gli operatori sanitari.

"La mancanza di dispositivi di protezione adeguati o l'idea di riutilizzare attrezzature potenzialmente contaminate spaventa soprattutto gli operatori sanitari che stanno mettendo a dura prova la propria vita, e per estensione la vita e il benessere delle loro famiglie, in linea ogni giorno, " spiega Edelmann, Direttore dell'Istituto per l'ingegneria e la scienza medica del MIT, Edward J. Poitras Professore di ingegneria e scienze mediche, e leader della task force PPE del MIT in cui serve Culpepper.

Gli schermi facciali possono risolvere questo problema fornendo un altro dispositivo di protezione che copre l'intero viso, aggiungendo uno strato di protezione alle maschere copre e altro mentre si estende la vita di maschere per il viso e respiratori. Gli scudi sono realizzati con materiali trasparenti e hanno una forma simile a una maschera da saldatore. Proteggono l'operatore sanitario e la sua maschera facciale dal contatto diretto con le particelle virali diffuse attraverso la tosse o gli starnuti.

"Se possiamo rallentare la velocità con cui gli operatori sanitari utilizzano maschere per il viso con una visiera usa e getta, possiamo fare davvero la differenza nella protezione della loro salute e sicurezza, " spiega Culpepper.

Culpepper e il suo team al Project Manus hanno deciso di progettare uno schermo facciale che potesse essere prodotto rapidamente su una scala abbastanza grande da soddisfare la crescente domanda. Sono atterrati su un design piatto che le persone potevano rapidamente piegare in una struttura tridimensionale quando lo scudo era pronto per l'uso. Il loro design include anche una protezione extra con lembi che si piegano sotto il collo e sulla fronte.

Poiché gran parte del campus del MIT si è fermato alla luce delle misure di allontanamento sociale messe in atto, Culpepper ha iniziato a creare prototipi utilizzando un laser cutter che aveva in casa. Insieme ad alcuni input di design dai suoi figli, ha testato diversi materiali e ha realizzato in casa i primi dieci prototipi.

"Quando pensi ai materiali, devi tenere a mente le catene di approvvigionamento. Non puoi scegliere un materiale che potrebbe evaporare dalla filiera. Questo è un problema difficile in questa crisi, " spiega Culpepper. Dopo aver testato alcuni materiali che si incrinavano e si rompevano quando si piegavano, il team ha scelto il policarbonato e il polietilentereftalato glicole, noto più comunemente come PETG, come materiale dello scudo.

Oltre a realizzare più prototipi presso il Project Manus Metropolis Makerspace utilizzando un laser cutter, Culpepper ha lavorato con il professor Neil Gershenfeld e il suo team presso il Center for Bits and Atoms (CBA) del MIT su progetti di prototipazione rapida per i test utilizzando una taglierina di grande formato Zund.

Il team di Gershenfeld alla CBA sta lavorando a una serie di progetti per la risposta al coronavirus utilizzando la sua struttura di fabbricazione digitale al MIT e la rete globale Fab Lab che ha lanciato. "Il sito di risposta al coronavirus è una grande risorsa per coloro che sono interessati a lavorare su soluzioni per DPI e dispositivi per la pandemia di Covid-19, " aggiunge Culpepper.

"È stato un piacere in questo momento difficile collaborare con un gruppo così impressionante, attingendo a tutti i punti di forza dell'Istituto per definire e affinare rapidamente una soluzione a un'urgenza, " dice Gershenfeld. "Il lavoro al MIT sarà prezioso al di là del suo impatto locale immediato, come riferimento per le migliori pratiche per i molti altri progetti di schermi facciali emergenti in tutto il mondo."

Testare lo scudo negli ospedali locali

Con una serie di prototipi funzionanti costruiti, Culpepper e il suo team sono passati alla fase di test dopo essersi consultati con, e feedback pratici da, Edelmann, che è lui stesso un medico.

"La singola più grande insicurezza di un operatore sanitario è il pensiero che verremo contagiati e così facendo non saremo in grado di svolgere i nostri doveri o infettare gli altri, "aggiunge Edelmann.

Edelman ha dimostrato come conservare, assemblare, e utilizzare gli schermi facciali per infermieri e medici in un certo numero di ospedali della zona. Ai partecipanti è stato quindi chiesto di utilizzarli in situazioni di vita reale e di fornire un feedback utilizzando un sondaggio di una pagina.

Il feedback è stato straordinariamente positivo:i partecipanti hanno scoperto che oltre ad essere facile da montare e utilizzare, gli scudi progettati dal MIT hanno fornito una buona protezione contro il contatto con particelle di virus attraverso schizzi o particelle aerosolizzate.

Armato di questo feedback, Il team di Culpepper ha apportato alcune piccole modifiche al design per massimizzare la copertura intorno ai lati e al collo degli utenti. Con il disegno finito, il progetto questa settimana è passato alla produzione di massa ad alta velocità.

Produzione di massa ad alto tasso

A partire da questa settimana, l'azienda di fabbricazione Polymershapes avvierà la produzione in serie degli schermi facciali. Le macchine fustellatrici utilizzate nella produzione di massa produrranno gli schermi facciali piatti ad una velocità di 50, 000 scudi al giorno in poche settimane. Il produttore continuerà a crescere e ad aumentare ulteriormente il tasso di produzione con la capacità di fabbricare in più di ottanta stabilimenti a livello nazionale.

"Questo processo è stato progettato in modo tale che esiste il potenziale per aumentare fino a milioni di schermi facciali prodotti al giorno, " spiega Culpepper. "Questo potrebbe diventare molto rapidamente una soluzione a livello nazionale per la carenza di visiere".

Il MIT prevede di acquistare i primi 40, 000 visiere da donare agli ospedali locali della zona di Boston questa settimana e Polymershapes ne donerà 60, 000.

"Avere una fornitura adeguata e forse anche infinita di DPI è assolutamente fondamentale per garantire la sicurezza dell'intera popolazione, soprattutto chi si prende cura dei malati di Covid-19, "aggiunge Edelmann.

Durante tutto il processo, Il team di Culpepper ha ricevuto aiuto da numerosi colleghi e dipartimenti del MIT. Ciò include l'ufficio del vicepresidente per la ricerca del MIT, Professor Elazer Edelman, Tolga Durak, Consigliere delegato, MIT Ambiente, Ufficio Salute e Sicurezza, Il Centro per bit e atomi, Operazioni di approvvigionamento del MIT, Ufficio del Consiglio Generale del MIT, Dipartimento di Ingegneria Meccanica del MIT, e i colleghi del MIT Lincoln Laboratory che hanno aiutato a reperire il materiale per costruire gli schermi facciali e hanno supportato le iterazioni di progettazione. Hanno anche ricevuto consigli dai colleghi del MIT che lavorano con il Massachusetts Technology Collaborative, che sta aiutando a organizzare i produttori per rispondere alle esigenze di Covid-19.

"Questo progetto è stato un ottimo esempio di collaborazione tra il MIT e l'impiego di mente-cuore-mano. Quando abbiamo contattato gli altri, hanno abbandonato tutto per mettere le loro menti e le loro mani al lavoro aiutandoci a farlo accadere rapidamente, ", afferma Culpepper. "È anche un ottimo esempio per gli altri che cercano di innovare in modo sicuro e rapido i DPI per il COVID 19".