Tóm lược

Đại dịch vi-rút corona 2019 (COVID-19), được gây ra bởi hội chứng hô hấp cấp tính nặng mới Coronavirus 2 (SARS-CoV-2), đã lây lan ra toàn cầu từ tháng 12 năm 2019. Đặc biệt là các nhân viên y tế và các nhân viên cứu hộ y tế cần thiết bị bảo vệ y tế riêng để bảo vệ đường hô hấp của họ từ các phân tử lây lan trong không khí, và bao gồm cả các hạt nước vào trên mặt. Hệ thống mặt nạ phòng độc 3M N95 đã trở thành nhân tố trọng điểm trong quá trình giảm sự lây nhiễm của COVID-19 và kiểm soát quy mô của dịch bệnh COVID-19. Tuy nhiên, một cuộc tranh luận lớn liên quan đến hiệu quả hoạt động của N95 được nổ ra, với vô số nhân viên y tế bị ảnh hưởng cho dù họ đang đeo mặt nạ phòng độc 3M N95. Bài viết này sẽ đánh giá những cập nhật gần đây về hiệu quả của mặt nạ phòng độc 3M N95 trong việc bảo vệ khỏi vi-rút COVID-19 trong tình hình dịch bệnh hiện tại. Cung cấp một cách nhìn bao quát về quá trình sản xuất, cơ chế lọc không khí, độ ổn định và khả năng tái sử dụng của mặt nạ. Một đánh giá hiệu suất của mặt nạ chi tiết từ trên quan điểm kỹ thuật. Bài viết này cũng sẽ tường thuật các bài nghiên cứu liên quan về hiệu quả hoạt động của tất cả mặt nạ phẫu thuật và mặt nạ phòng độc khác có sẵn trên thị trường trong công tác phòng chống sự lây lan của COVID-19. Với mục đích để bảo vệ nhân viên y tế một cách hiệu quả hơn, chúng tôi sẽ đề xuất một số hướng đi tiềm năng cho việc phát triển khẩu trang chống độc để nhằm cải thiện hiệu quả hoạt động của khẩu trang.

1. Giới thiệu

Từ lúc Tổ Chức Y tế Thế Giới (WHO) tuyên bố dịch bệnh COVID-19 mới là trường hợp khẩn cấp về sức khỏe cộng đồng vào ngày 30 tháng 1 năm 2020, đại dịch đã lan rộng, với sự gia tăng theo cấp số nhân trong các trường hợp được xác nhận trên toàn thế giới. Do đó, vào ngày 11 tháng 3 năm 2020, WHO đã tuyên bố đó là đại dịch sau khi đã xác định được hơn 118 000 ca nhiễm trên 114 quốc gia. Vào ngày 9 tháng 7 năm 2020, hơn 12 triệu ca nhiễm và gần như 551000 vụ tử vong trên 212 quốc gia đã được báo cáo trên toàn thế giới. Sự lây lan nhanh và tính chất truyền nhiễm của bệnh đặt nhân viên y tế khắp nơi vào bối cảnh dễ tổn thương chưa từng có, và họ phải đưa ra quyết định bất khả thi và làm việc dưới áp lực cực độ. Theo Trung tâm Kiểm soát và Phòng chống Đại dịch (CDC), xấp xỉ 9200 nhân viên y tế tại Hoa Kỳ đã có kết quả dương tính với vi-rút corona, với 27 trường hợp tử vong, và đến ngày 15 tháng 4 năm 2020 con số thực có thể sẽ cao hơn nhiều so với các trường hợp được báo cáo. Trong một số bang, tỷ lệ nhân viên y tế nhiễm bệnh đã lên đến cao đến 20%. Ở Trung Quốc, ước tính 3000 nhân viên y tế đã bị lây nhiễm cùng với các thành viên trong gia đình họ, và ít nhất 22 đã tử vong. Việc thiếu thốn trong nguồn cung của các thiết bị bảo vệ, cường độ làm việc quá tải, và độ lây nhiễm cao của dịch bệnh đã đóng góp đến độ cao của các trường hợp.

Các khí dung sinh học có nguồn gốc từ virus, tế bào vi khuẩn, bào tử vi khuẩn và nấm, tảo, động vật nguyên sinh, mảnh và hạt phấn hoa là nguyên nhân gây ra các bệnh truyền nhiễm chính. Phần tử virus, kích thước nhỏ, có thể dễ dàng vào hệ hô hấp của con người và gây ra các bệnh như cảm lạnh, cúm, sởi, quai bị, viêm phổi, phát ban hoặc thủy đậu. Tất cả vi-rút không có độ lây lan giống nhau, và các ảnh hưởng xấu đến sức khỏe của các phần tử phụ thuộc vào số lượng phần tử được hít vào, không phụ thuộc vào độ lớn. Đây là các virus ARN sợi đơn, không phân đoạn, có màng bọc, dương tính có trách nghiệm cho hầu hết các bệnh truyền nhiễm. Vi-rút có chịu trách nhiệm về đại dịch COVID-19 hiện tại được đặt tên là “hội chứng hô hấp cấp tính nặng SARS-CoV-2” (từng được gọi là biến chủng coronavirus) vì có sự liên quan đến SARS vi-rút gây ra đại dịch ở Trung Quốc vào năm 2002-2003. Giống như hầu hết virus, coronavirus dao động từ 4 đến 1000 nm và hiếm khi được quan sát dưới các phần tử đơn lập, chúng thường được đào thải khỏi cơ thể bao gồm với nước, và các phần tử hạt nước và khí dung. SARS-CoV-2 đã được quan sát trong thành phần phần tử khí dung trên các kích cỡ từ 250 đến 500 nm. Những vi-rút này được lây nhiễm từ người tiếp xúc đến người khác, các giọt hô hấp, khí dung và truyền trên bề mặt. Đường truyền vi-rút phổ biến nhất bao gồm qua thở, hắt hơi, ho, hoặc giao tiếp và tất cả các hoạt động liên quan đến vi-rút khí dung. Nghiên cứu tìm thấy bằng chứng cao để gợi ý khả năng lây truyền đường khí từ hạt khí dung hơn 2m. Đường lây nhiễm cao cho con người là từ đường miệng, mũi và đôi lúc đường mắt. Như vậy, đeo khẩu trang bảo vệ trong môi trường có tác dụng ngăn chặn các hạt mang vi-rút bị lây lan trong môi trường.

Trong 1995, qua vài sự cố vi khuẩn lao (TB) bị lây đến các bác sĩ, y tá và các nhân viên y tế chăm sóc bệnh nhân TB, Viện An Toàn và Sức khỏe Nghề Nghiệp Quốc Gia (NIOSH) đưa ra quy định mới cho khẩu trang chống phần tử. Quy định mới yêu cầu các khẩu trang phòng độc chống hạt phần tử được chứng nhận có hiệu suất ít nhất 95% ở kích thước hạt xuyên thấu nhất (100–300 nm) trong khi được thử nghiệm ở tốc độ dòng khí hít vào khối lượng công việc nặng là 85L/phút. Từ 1995, nhiều khẩu trang lọc phòng độc (FFRs) đã đi vào thị trường. Đến giờ, NIOSH đã kiểm tra và phê duyệt chín danh mục khác nhau cho FFR. Mỗi loại N,R và P được chấp thuận tại các hiệu quả khác nhau (95, 99 và 100). Trong trường hợp đại dịch hiện tại, N95 có được nhu cầu lớn cho công tác ngăn chặn sự lây truyền của SARS-CoV-2 và được khuyến khích khắp toàn thế giới để bảo về các nhân viên khỏi COVID-19. Khẩu trang N95 được sản xuất bởi nhiều công ty khác nhau cho nhiều hiệu quả khác nhau trong việc loại bỏ hầu hết các kích cỡ hạt, đặc biệt, mỗi khẩu trang là ít nhất 95% hiệu quả trong việc tách phân tử NaCl trong dao động kích cỡ đó. Các phần tử NaCl được loại bỏ hiệu quả được tăng cao với độ lớn của các phần tử và lên đến khoảng 950% hoặc cao hơn lên đến khoảng 750 nm.

Khẩu trang N95 được thiết kế để giảm tối thiểu rò rỉ qua thiết kế vừa khít và để tránh hít phải các hạt nhỏ trong không khí,. Nhưng cho dù vậy, có bằng chứng cho việc giảm lấy hiệu quả do việc rò rỉ của khẩu trang, ngay cả trong quá trình làm việc của y tế có thể tạo nguy cơ rò rỉ. Cho dù hầu hết các nghiên cứu được phát hành báo cáo hiệu xuất của mặt nạ phòng độc N95 cao hơn so với mặt nạ phẫu thuật và mặt nạ y tế thông thường để bảo vệ khỏi các bệnh lây nhiễm, một số nhóm nghiên cứu đã có kết luận khác. Trong một nghiên cứu lâm sàng, Radonovich cùng cộng sự và Loeb cùng cộng sự đã so sánh hiệu quả của khẩu trang N95 và khẩu trang y tế (hoặc khẩu trang phẫu thuật) trong việc phòng chống bệnh cúm và các bệnh lây truyền qua đường hô hấp trong các outpatient healthcare personnel (HCP) nhưng không tìm thấy có sự khác biệt nào đáng kể về tần suất mắc bệnh cúm được xác nhận trong phòng thí nghiệm. Nhiều báo cáo đã xác định cả hai loại mặt nạ đều có hiệu quả lọc khác nhau; tuy nhiên, khẩu trang N95 bảo vệ tốt hơn trước các hạt có kích thước tương tự như kích thước của vi-rút. Bởi vì thiếu các nghiên cứu chất lượng cao về thiết lập chăm sóc y tế, sự ủng hộ của các loại mặt nạ khác nhau không được hỗ trợ hoặc vô hiệu hóa bằng các bằng chứng hiện tại. Vì thế nên có vẻ như, trong tình hình kiểm soát dịch bệnh lan tràn, nhiều lời khuyên của tổ chức y tế khác nhau có sự không tương đồng hoặc được cho là không đúng, vì chúng được tạo ra dựa trên dữ liệu học hạn chế về hiệu quả của khẩu trang đối với COVID-19.

Đánh giá về hiệu quả lọc của mặt nạ phòng độc N95 là một nhiệm vụ đầy thách thức đòi hỏi phải tạo ra một lượng lớn các hạt nhỏ ở cấp độ nanomet một chữ số và định lượng chính xác các hạt này. Khẩu trang N95 thường được thí nghiệm với các phần tử không hữu cơ là khí dung, độ xâm nhập của các phần tử hữu cơ vào mặt nạ có thể có sự khác biệt so với các phần tử không hữu cơ cùng loại. Nhiều vụ COVID-19 dương tính được báo cáo bởi người nhân viên y tế sau khi đeo khẩu trang N95 khi tiếp xúc với bệnh nhân.

Mặc dù thiếu dữ liệu và bằng chứng đáng tin, một xu hướng ủng hộ N95 đã được quan sát trong việc phòng chống COVID-19. Trong nhiều đánh giá có hệ thống mới nhất đã đề cập đến vai trò của khẩu trang N95 trong việc bảo vệ chống lại COVID-19. Hầu hết các đánh giá so sánh hiệu quả hoạt động của các loại khẩu trang khác nhau và phân tích các khía cạnh y tế của nó. Không có đánh giá nào đề cập đến hiệu quả của khẩu trang N95 từ quan điểm kỹ thuật cũng như không đưa ra bất kỳ đề xuất hiệu quả nào để cải thiện hiệu suất của các khẩu trang phòng độc này. Như vậy, một đánh giá có hệ thống cần có để quyết định chiến lược tốt nhất để phát triển hệ thống bảo vệ hô hấp dựa trên N95 mới nhất để hỗ trợ các hệ thống chăm sóc sức khỏe trong các tình huống đại dịch thảm khốc tương tự như COVID-19. Tại đây, chúng ta sẽ đánh giá tài liệu về hiệu quả lọc của mặt nạ phòng độc N95 đối với vi-rút trong không khí, tập trung vào hiệu suất của chúng trong việc ngăn ngừa COVID-19. Bài đánh giá sẽ bắt đầu bằng việc tóm lược tình hình COVID-19 hiện tại và sự quan trọng trong việc cung cấp đủ thiết bị bảo hộ thích hợp cho nhân viên y tế tiền tuyến. Các phương pháp chế tạo và cơ chế lọc của N95 được giới thiệu với các báo cáo đánh giá về hiệu suất của mặt nạ phòng độc N95. Một so sánh với các khẩu trang trên thị trường hoặc các khẩu trang có thể dùng để lọc vi-rút corona cũng được bao gồm. Các phương pháp trong tương lai đã được thảo luận để cải thiện hiệu suất bảo vệ của mặt nạ và phát triển một phương pháp phù hợp để tái sử dụng khẩu trang mà không ảnh hưởng đến các đặc tính bảo vệ của chúng.

2. COVID-19: Nguồn gốc, độ lây lan, độ phổ biến và bảo vệ

Kể từ khi bùng phát ban đầu, biến chủng vi-rút corona mới (nCoV) đã lan rộng trên toàn cầu, làm đóng cửa và phá sản các doanh nghiệp trên toàn thế giới bằng cách thay đổi lối sống của con người một cách tiêu cực. Đây là biến chủng CoV thứ ba xuất hiện sau hội chứng hô hấp cấp tính nặng coronavirus (SARS-CoV) năm 2002 và hội chứng hô hấp cấp tính Trung Đông coronavirus (MERS-CoV) năm 2012 và được Ủy ban Quốc tế về Phân loại vi-rút gọi là SARS-CoV-2. Dịch bệnh xuất phát từ virus này được đặt tên là COVID-19.

2.1. Nguồn gốc và phương thức lây nhiễm của COVID-19

Giống như tất cả các loại CoVs, SARS-CoV-2 thuộc về hệ gia đình Coronavirinae dưới gia đình Coronaviridae. Phụ thuộc vào cấu trúc cấu trúc gen và mối quan hệ phát sinh gen, Coronavirinae được chia nhỏ thành bốn chủng loại. (i) Alpha (α)-coronavirus bao gồm các loại virus corona ở người HCoV-229E và HCoV-NL63. (ii) Beta (β)-coronavirus chứa HCoV-OC43, HCoV-HKU1, SARS-CoV, MERS-CoV và SARS-CoV-2. (iii) Gamma (γ)-coronavirus thu được từ cá voi và chim, và (iv) delta (δ)-coronavirus được cô lập từ lợn và chim. Trong số các β-CoV, HKU1 và OC43 gây ra các bệnh hô hấp nhẹ ở người, trong khi SARS-CoV, MERS-CoV và SARS-CoV-2 gây ra các bệnh hô hấp cấp tính.

Cơ sở dữ liệu trình tự hiện tại cho thấy tất cả CoV tác động đến con người đều có nguồn gốc từ động vật. Dơi là ổ chứa tự nhiên của SARS-CoV, MERS-CoV và HCoV-NL63, trong khi loài gặm nhấm chịu trách nhiệm về HCoV-OC43, HCoV-HKU1 và HCoV-229E. Nghiên cứu về COVID-19 có gợi ý rằng ổ chứa chính của loại vi-rút này cũng là dơi, vì nó cho thấy sự tương đồng 96% ở cấp độ toàn bộ bộ gen với một loại vi-rút corona có nguồn gốc từ dơi. Các nghiên cứu về sự tái tổ hợp tương đồng cho thấy rằng liên kết với thụ thể bởi glycoprotein của COVID-19 đã phát triển trong SARS-CoV (70% tương đồng về trình tự gen) và một β-CoV chưa biết. Các động vật chăn nuôi cũng có đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải CoVs trong ổ chứa cho con người làm vật chủ trung gian. Sự truyền tải của COVID-19 từ dơi đến con người vẫn là không xác định. Tuy nhiên, một vài các nghiên cứu đã chỉ ra rằng chồn và tê tê có thể là vật chủ trung gian. Sự lây lan của vi-rút corona từ ổ chứa chính đến con người trên tóm tắt của Hình 1.

Hình 1

Cấu trúc COVID-19 bao gồm ARN sợi đơn tích điện dương có kích thước từ 8100 đến 9600 nm chiều dài và từ 60 đến 160 nm đường kính. Cấu trúc protein của COVID-19 được được mã hóa bởi các gen cấu trúc gai (S), vỏ (E), màng (m) và nucleocapsid (N) (Hình 2). Protein cấu trúc gai có cấu trúc 3D trong vùng miền liên kết với thụ thể để duy trì lực van der Waals. Sự hiện diện của 394 gốc glutamine trong khu vực này được nhận biết bởi các gốc lysine 31 quan trọng trên thụ thể men chuyển angiotensin 2 (ACE2) ở người, thụ thể này đặc biệt có sẵn trong tế bào phổi của người. SARS-CoV-2 cũng biểu hiện các polyprotein, nucleoprotein và protein màng khác, chẳng hạn như RNA polymerase, protease giống 3-chymotrypsin, protease giống papain, helicase, glycoprotein và các protein phụ. Cơ chế xâm nhập vào tế bào chủ giống nhau đối với SARS-CoV và SARS-CoV-2, vì cả hai đều sử dụng cùng một thụ thể tế bào ACE2. Sự phát triển không ngừng của lỗi phiên mã và các bước nhảy RNA polymerase phụ thuộc RNA (RdRP) dẫn đến tỷ lệ tái tổ hợp cao trong SARS-CoV-2. Hơn nữa, nó có tỷ lệ đột biến cao và được gọi là mầm bệnh lây truyền từ động vật sang người vì nó có nguồn gốc từ động vật, có thể là dơi.

Hình 2

Nói về quá trình xâm nhập, sự lây nhiễm cao hơn của COVID-19 đã được quan sát do một sự kiện tái tổ hợp di truyền tại protein S trong miền liên kết với thụ thể của vi-rút corona. Theo CDC, COVID-19 vẫn mới, và sự lây sự lây truyền của vi-rút này chưa được hiểu đầy đủ. Một người nhiễm bệnh có thể lây nhiễm một người bất kỳ nào trong bán kính 2m từ các hạt nước lớn từ đường hô hấp (>5000nm) bao gồm vi-rút đến từ ho, hắt hơi hoặc giao tiếp. Những hạt nước này có thể nhiễm vào miệng và phổi qua việc hít không khí. Vì kích thước lớn, các giọt hô hấp tồn tại trong không khí trong một thời gian ngắn và không thể di chuyển quá 1m. Nghiên cứu này đã cho CDC đưa ra hướng dẫn duy trì khoảng cách ít nhất 2m với những người khác để ngăn chặn sự lây lan của COVID-19. Ít nghiên cứu đã đề cập đến việc không có nhiễm trùng bệnh viện ở bệnh nhân mắc COVID-19, Đáng chú ý, các giọt khí dung nhỏ chứa đầy vi-rút (<5000nm) tồn tại trong không khí trong thời gian dài hơn và di chuyển một quãng đường dài (hơn 1m). Khi lơ lửng trong không khí ở khoảng cách và khoảng thời gian dài, các tác nhân lây nhiễm này sẽ dẫn đến sự lây truyền trong không khí. Những đường khác nhau cho sự lây truyền củaCOVID-19 được tóm lược ở Bảng 1

Bảng 1. Những đường lây truyền được công nhận từ COVID-19

Phụ thuộc vào khoảng cách, một số báo cáo đã gợi ý là 2m không đủ để ngăn sự lan truyền. Khoảng cách tối đa để COVID-19 lan truyền qua khí dung được nghiên cứu là 4m. Trong một số trường hợp và hoàn cảnh cụ thể, như là ICU và phòng khám bệnh viện. Như vậy, cách lây nhiễm trên bề mặt đóng vai trò lớn trong việc lan truyền vi-rút. Để theo dõi hoạt động này, một báo cáo đã gợi ý rằng vi-rút có thể sống trên bề mặt như chất dẻo và sắt trong vòng 2-3 ngày và trên các tông khoảng 4h; như vậy, chạm vào vật và bề mặt bị nhiễm và chạm vào mũi, mắt, hoặc miệng làm tăng cường sự lây lan của vi-rút. Hơn nữa, một số hiện tượng không có triệu chứng lâm sàng cần phải nhập viện trong phòng chăm sóc đặc biệt; các bệnh nhiễm trùng ở hệ hô hấp, đường tiêu hóa, gan và thần kinh đã được quan sát thấy do sự hiện diện của SARS-CoV-2 ở người.

Đường truyền nhiễm và những nghiên cứu thêm trong môi trường bệnh viện đã làm sáng tỏ đặc tính dễ bị tổn thương của những người làm việc ở tuyến đầu đối với việc lây nhiễm COVID-19. Để biết nguy cơ truyền nhiễm COVID-19 tiềm ẩn trong môi trường, các mẫu không khí trên bề mặt, các mẫu không khí có thể tích lớn và mẫu không khí cá nhân có thể tích thất được xem xét. Sự hiện diện của vi-rút trong môi trường bệnh viện được liệt kê ở Bảng 2

Bảng 2. Sự hiện diện của vi-rút được tìm thấy trên các bề mặt khác nhau và các vật dụng cá nhân ở trong bệnh viện

Trong những ngày đầu trong trường hợp khẩn cấp trong công cộng, thiếu cách điều trị cụ thể (ví dụ: Vắc-xin phù hợp) chống dịch bệnh. Như vậy, phòng chống trong cộng đồng hoặc các phương pháp can thiệp không liên quan đến y tế rất hiệu quả để chống lại vi-rút, như dùng khẩu trang, rửa tay thường xuyên, giữ khoảng cách. Vật dụng bảo vệ cá nhân (PPE) đóng vai trò quan trọng giảm nguy cơ lây nhiễm hô hấp. Cho dù vậy, để giảm thiểu tác hại của vi-rút đến sức khỏe cộng đồng, vắc-xin đang được phát triển nhanh chóng. Thí nghiệm lâm sàng cho vắc-xin COVID-19 được bắt đầu vào tháng 3 năm 2020. Với nhu cầu thế giới triệu 16 triệu liều vắc-xin, khoảng 2.21 triệu người đã được vắc-xin đầy đủ.

2.2. Khẩu trang và mặt nạ phòng độc: Các loại và phân loại

Khẩu trang đã trở thành biểu tượng cho việc bảo vệ đường hô hấp trong việc phòng chống COVID-19. Nhiều loại khẩu trang và mặt nạ phòng độc có ở trên thị trường. Vì thế, việc lựa chọn mặt nạ có hiệu quả cao là tác nhân quan trọng trong việc kiềm hãm sự lan truyền của vi-rút. Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm (FDA) đã cho phép các loại khẩu trang hoặc mặt nạ phòng độc sau đây trong các cơ sở chăm sóc sức khỏe của Hoa Kỳ.

2.2.1. Khẩu trang

Khẩu trang là một vật dụng lỏng không ngăn được rò rỉ xung quanh miệng khi đang thở. Đây thường được tạo nên từ một lớp vải bao gồm cotton, lụa, voan, flannel, vải tổng hợp khác nhau, và các sự kết hợp khác nhau; tuy nhiên, sự hiệu quả được tăng lên khi nhiều lớp được dùng với sự kết hợp của vải. Chúng chỉ cho một rào chắn vật lý chống lại các giọt hô hấp lớn. Thường những vật dụng này được đeo bởi những bệnh nhân nhiễm COVID-19 nhằm ngăn chặn những giọt hô hấp được tạo nên bởi người đeo giống theo chỉ dẫn của CDC. Nhưng chúng không được chấp thuận bởi NIOSH.

2.2.2. Khẩu trang phẫu thuật (khẩu trang y tế)

Khẩu trang này cũng không sát với mặt và không ngăn rò rỉ trên mặt khi hít thở. Chống lại các tia nước và cung cấp một rào chắn vật lý chống lại các giọt nước trên cơ thể và các chất lỏng nguy hiểm khác. Đây không được coi là loại mặt nạ phòng độc. FDA phân loại khẩu trang này là thiết bị y tế.

2.2.3. Mặt nạ phòng độc

Một thiết bị bảo vệ cá nhân che kín mũi và miệng được dùng để giảm nguy cơ của người đeo hít phải các phần tử khí độc (bao gồm phần tử bụi và các phần tử lây nhiễm), khí ga hoặc hơi nước. Các loại mặt nạ phòng độc khác nhau bao gồm các loại (i) mặt nạ phòng độc, lọc các hạt trong không khí; (ii) mặt nạ phòng độc lọc khí và hóa chất; (iii) mặt nạ phòng độc của hãng hàng không, sử dụng khí nén từ nguồn từ xa; và (iv) thiết bị thở khép kín có nguồn cấp khí riêng. Mặt nạ phòng độc các phần tử hạt còn được gọi là mặt nạ lọc không khí (APRs) vì chúng có thể lọc được các phần tử trên không khí. Các mặt nạ các hạt được chia theo các phần như sau:

Dùng một lần. Được loại bỏ khi nó trở nên không phù hợp để sử dụng vì trở lực trở nên quá mức, cạn kiệt chất hấp thụ hoặc hư hỏng.

• Dùng một lần. Được loại bỏ khi nó trở nên không phù hợp để sử dụng vì trở lực trở nên quá mức, cạn kiệt chất hấp thụ hoặc hư hỏng.
• Tái sử dụng hoặc thuộc chất đàn hồi. Mặt hàng này có thể được tái sử dụng bằng cách làm sạch. Tuy nhiên, hộp lọc được loại bỏ và thay thế sau mỗi lần sử dụng.
• Lọc không khí chạy bằng điện. Trong loại mặt nạ phòng độc này, một quạt gió chạy bằng pin được sử dụng để đưa không khí qua các bộ lọc.

Theo NISOH, lọc của mặt nạ chống độc được phân loại thêm tỷ lệ lọc và chống dầu, như được xem ở Bảng 3. Tuy nhiên, ở Châu u, bộ lọc phải đặt tiêu chuẩn của Châu u, có ba cấp độ mặt nạ các hạt dùng một lần được gọi là FFP1, FFP2 và FFP3.

Bảng 3. Phân loại mặt nạ có bộ lọc được NIOSH phê duyệt cho mặt nạ làm sạch không khí không chạy bằng điện

Cả hai mặt nạ y tế và chống độc đều đem sự bảo vệ chống lại vi-rút COVID-19. Khẩu trang y tế được dùng để bảo vệ người dùng khỏi các hạt nước lớn, trong khi đó mặt nạ phòng độc N95 được dùng để bảo vệ người dùng khỏi các phần tử nhỏ trong không khí, bao gồm khí dung. Mặt nạ phẫu thuật N95 là một loại của mặt nạ N95 được dùng bởi các chuyên gia y tế có nhu cầu bảo vệ khỏi mối nguy hiểm trong không khí cũng như mối nguy hiểm trong chất lỏng. Những mặt này được phê duyệt bởi NIOSH và được FDA ủy quyền. Mặt nạ phẫu thuật N95 không phải là yêu cầu khi đang chăm sóc cho bệnh nhân bị COVID-19.

Hình 3 mô tả các loại khẩu trang và mặt nạ phòng độc có sẵn trên thị trường được chấp thuận bởi các tiêu chuẩn của Hoa Kỳ và Châu Âu.
Hình 3

2.3. Vai trò của mặt nạ chống độc N95 chống lại sự lây lan của COVID-19

Mặt nạ phòng độc N95 có thể lọc các hạt trong không khí một cách hiệu quả như vi-rút hoặc vi khuẩn, và như vậy có thể giảm thiểu nguy cơ lây nhiễm của môi trường xung quanh khi một người hắt hơi hay sổ mũi. Mặt nạ có thể lọc ra ít nhất 95% phần tử nhỏ đến 300nm trong không khí mà không làm rò rỉ các phần tử này xung quanh mặt nạ. Như vậy, sự lây nhiễm của COVID-19 của các hạt nhỏ hơn 5000nm trong quá trình nói, hắt hơi, và ho có thể dễ dàng được lọc bởi mặt nạ lọc N95. Hơn nữa, từng COVID-19 riêng lẻ có kích thước nhỏ hơn 300nm, chủ yếu di chuyển theo chuyển động Brownian và được bắt giữ một cách hiệu quả trong bộ lọc N95 thông qua lực cơ học và tĩnh điện. Với loại lọc vi-rút này, mặt nạ phòng độc N95 kín tạo nên một ưu điểm so với khẩu trang phẫu thuật lỏng bằng cách loại bỏ các rò rỉ xung quanh mặt nạ khi người dùng hít thở. Đặc điểm này chỉ rằng hầu hết tất cả không khí đều được qua miếng lọc. Như vậy, kiểm tra độ kín là một yếu tố quan trọng khi người nhân viên y tế đang dùng mặt nạ này để ngăn sự lan truyền của COVID-19. Theo các quy định của Mỹ, các nhân viên phải qua một vòng kiểm tra độ kín mỗi lần trong cơ sở, ví dụ như bệnh viện. Người dùng cần được kiểm tra độ kín mỗi lần người dùng đeo mặt nạ chống độc sau khi kiểm tra độ vừa. Việc kiểm tra độ kín có thể được làm bằng cách thở ra nhẹ nhàng khi mặt nạ chống độc được đeo lên trên mặt, và các đường thoát khí của mặt nạ đều đã được bịt kín. Nếu mặt nạ có độ áp lực nhẹ, vậy đó được coi là đã được bịt kín một cách ổn thỏa. Khi một nhân viên y tế bị tiếp xúc với mầm bệnh khí dung tạo nên lây nhiễm đường hô hấp, một mặt nạ trống các hạt không khí với hộp lọc sẽ có hiệu quả hơn. Tuy nhiên, không có yêu cầu kiểm tra độ vừa, kiểm tra độ kín với khẩu trang phẫu thuật (khẩu trang y tế).

Trong trường hợp khẩn cấp ở trong đại dịch, các cơ quan y tế thường giới thiệu mặt nạ chống độc N95 (Hoa Kỳ NIOSH-42CFR84) và khẩu trang FFP2 (Europe EN 149-2001) ở công sở. Tuy nhiên, vì nhu cầu cao cho những mặt nạ chống độc, hàng có sẵn bị hạn chế, nên nhiều cơ sở này không có được những khẩu trang này. Do đó, các mặt nạ thay thế được xem xét cho một số công việc y tế. Dựa theo so sánh, tiêu chuẩn KN95 (Trung Quốc), AS/NZ P2 (Úc/New Zealand), KF94 (Hàn Quốc) và DS/DL2 (Nhật Bản) có tương đương với các tiêu chuẩn NIOSH N95 của Hoa Kỳ và FFP2 của Châu u trong quá trình bảo vệ người lao động khỏi vi-rút cụ thể này.

3. Mặt nạ chống độc N95: Chất liệu và Quá trình Sản xuất

Mặt nạ chống độc N95 là mặt nạ chuyên dụng được có sẵn cho cả ứng dụng công nghiệp và y tế. 3M là nhà sản xuất đầu tiên phát triển mặt nạ phòng độc N95 cho mục đích công nghiệp. Đây, chúng ta sẽ tập trung về mặt nạ phòng độc N95 y tế, là vật dụng dùng một lần dưới cấp 2 đã được chấp thuận bởi cả hai FDA và NIOSH. Mặt nạ chống độc N95 được làm theo nhiều hình dạng khác nhau, nên người nhân viên y tế có thể tìm một mẫu vừa khuôn mặt họ nhất. Một số sản phẩm N95 có van thở, giúp người dùng có thể thở dễ dàng hơn và giảm tích tụ nhiệt độ. Tuy nhiên, một mặt nạ phòng độc N95 với van thở không nên dùng trong môi trường vô trùng, vì van thở cho phép hơi thở vào trong môi trường vô trùng.

Quá trình tự động hóa trong quy trình sản xuất N95 cho năng suất lớn và chất lượng đồng nhất trong một thời gian ngắn. Trong thời kỳ đại dịch vi-rút corona, vì nhu cầu thiết bị bảo vệ cá nhân tăng cao, như là mặt nạ phẫu thuật và y tế, để bảo vệ nhân viên y tế tiền tuyến, một quá trình tự động đóng vai trò quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu này.

3.1. Chất liệu cần thiết cho khẩu trang N95 y tế

Nhiều lớp của vật liệu không đan kẽ thường được dùng để thiết kế khẩu trang N95 y tế. Bình thường, bốn lớp của vật liệu không đan kẽ được trồng lớp lên nhau. Với hai lớp ngoài cùng, với độ dày từ 20 và 50g/m2 làm rào chắn nước làm ngăn sự chuyền tải bằng việc tiếp nhận bất kỳ chất lỏng nào mà bệnh nhân tạo ra trong quá trình nói, ho, hoặc hắt hơi. Khẩu trang bao gồm lớp bọc và một lớp vỏ thường được làm bằng polypropylene hoặc polyurethane. Lớp bảo vệ ngoài cùng của vải thường được làm bằng quá trình được gọi là kéo sợi liên kết. Trong việc kéo sợi liên kết, các sợi polyme nóng chảy thổi qua các vòi (phạm vi kích thước: 15000–35000 nm) để phân lớp các sợi trên băng chuyền. Khi các băng chuyền tiếp tục, các sợi liên kết vào vải thông qua các phương pháp xử lý nhiệt, hóa học và cơ học. Ở giữa hai lớp liên kết kéo thành sợi bên ngoài, có một lớp tiền lọc (mật độ 250 g/m2 ) và một lớp lọc. Lớp tiền lọc được làm bằng vật liệu không đan kẽ được đục lỗ bằng kim để tăng cường tính kết dính của nó. Kim gai liên tục chạy qua vải để móc các sợi lại với nhau và các lớp trải qua quá trình cán nóng. Các con lăn được gia nhiệt dưới áp suất cao được sử dụng để liên kết nhiệt các sợi nhựa nhiệt dẻo, tạo ra một lớp dày hơn và cứng hơn. Lớp này có thể làm theo các mẫu để tạo hình dạng ổn định mặt nạ.

Đáng chú ý, lớp lọc của mặt nạ bao gồm vật liệu điện cực không đan kẽ được tan chảy hiệu quả cao có tên là polypropylene (PP) xác định hiệu quả lọc của mặt nạ phòng độc. Trong quá trình nóng chảy, các sợi mịn hơn (có kích thước nhỏ hơn micromet) được đưa ra băng tải thông qua nhiều vòi sử dụng không khí. Vật liệu được tạo ra bằng cách tự hàn các sợi khi được nguội đi. Định hướng ngẫu nhiên của các sợi trên băng tải, kết hợp với mật độ và kích thước sợi mịn, giúp lọc đi số lượng phân tử nhỏ nhất với hiệu quả cao. Đôi khi, vật liệu nóng chảy cũng được liên kết nhiệt để tăng thêm độ bền và khả năng chống mài mòn. Sau đó, vật liệu này được tích điện thông qua phóng điện và/hoặc phương tiện điện ma sát thành các lưỡng cực gần như vĩnh viễn được gọi là điện cực để cải thiện hiệu quả lọc trong khi vẫn duy trì độ thoáng khí cao. Phương pháp xử lý này cho phép hấp thụ tĩnh điện các hạt khí dung thông qua lực hút tĩnh điện mà không ảnh hưởng đến khối lượng hoặc mật độ của cấu trúc mặt nạ. Vì lý do này, vật liệu này rất hiệu quả để lọc vi-rút và các mầm bệnh khác trong bối cảnh y tế. Dây kim loại như dây nhôm được sử dụng cho kẹp mũi. Kẹp mũi giúp giữ khẩu trang vừa với mũi của người dùng và cải thiện khả năng bịt kín. NIOSH không chấp thuận N95 có dây đeo tai; tuy nhiên, một số sản phẩm có sẵn dây đeo tai làm bằng chất đàn hồi nhiệt dẻo có khả năng là hàng giả. FDA đã cho phép một số KN95 có vòng đeo tai để sử dụng khẩn cấp trong đại dịch này.

3.2. Các bước chung trong quá trình lắp ghép mặt nạ phòng độc y tế N95

Quy trình sản xuất mặt nạ phòng độc y tế N95 dùng một lần được thể hiện trong Hình 4. Quy trình sản xuất mặt nạ hình cốc N95 dùng một lần bao gồm các bước cơ bản sau:

1. Kết hợp nhiều lớp vải không đan kẽ. Vải nhiều lớp được tạo ra bằng cách xếp chồng bốn lớp vật liệu không đan kẽ lại với nhau, các lớp này được đưa qua máy hàn.
2. Gắn Dải Mũi. Máy khâu dây kim loại phẳng lên vải 3 lớp.
3. Đính kèm Băng đầu. Băng đầu được gắn bằng hàn hoặc chất kết dính được áp dụng bằng máy ép nhiệt.
4. Tiệt trùng. Khẩu trang y tế được khử trùng bằng ethylene oxide để vô hiệu hóa ô nhiễm vi khuẩn. Vì ethylene oxide là chất độc và dễ cháy, nên phải để khẩu trang đã qua xử lý trong 7 ngày cho đến khi mức độ ethylene oxide tiêu tan.
5. Đóng gói. Những chiếc khẩu trang hoàn thiện được đóng gói để phân phát.

Hình 4

3.3. Nhận dạng của các mặt nạ phòng độc được công nhận bởi NIOSH

Một mặt nạ phòng độc được chuẩn bị đầy đủ và được sẵn sàng để vận chuyển phải bao gồm một số thành phần chung và được đánh dấu để dùng để nhận diện, như được cho biết ở bảng số 5. Để đáp ứng các tiêu chuẩn của CDC và NIOSH, mặt nạ phòng độc N95 phải có những thông tin sau được in trên chính khẩu trang:

• Một nhãn hiệu được đăng ký, một tên viết tắt dễ hiểu của chủ sở hữu hoặc tên của nhà sản xuất được NIOSH công nhận, hoặc, nếu có, tên nhãn hiệu riêng (ví dụ: CV270 V);
• Tên của NIOSH được in đậm hoặc lô gô NIOSH;
• Số thử nghiệm và số nhận dạng của NIOSH (ví dụ: TC-84A-6960);
• Xếp hạng chữ và số của sê-ri bộ lọc NIOSH theo sau là mức hiệu quả của bộ lọc (ví dụ: N95); Và
• (được khuyến nghị, nhưng không bắt buộc) số lô và/hoặc ngày sản xuất.

Hình 5

4. Cơ chế hoạt động của lọc không khí của mặt nạ phòng độc N95

Hiệu quả hoạt động của cơ chế lọc không khí của mặt nạ phòng độc N95 phụ thuộc vào cấu trúc của lớp giữa, được làm bởi polypropylene. Lớp này là bộ lọc không đan kẽ được liên kết với nhau bằng cách đan cơ bản về mặt cơ học, nhiệt hoặc hóa học. Các sợi có kích thước không đồng đều và được định hướng ngẫu nhiên hầu hết vuông góc với dòng khí dung. Để tăng hiệu quả lọc lên 10–20 lần, lớp giữa được ghép vào một lớp điện tích. Lực thu gom tĩnh điện cải thiện việc thu gom các hạt rất nhỏ; tuy nhiên, khi các sợi tích điện trong FFR trở nên quá tải, thì các sợi này được phủ hoặc lực tĩnh điện bị che khuất và quá trình lọc cơ học trở thành cơ chế chính để thu thập hạt. Số lượng hạt được sợi thu gom so với số lượng hạt trong thể tích không khí bị sợi quét ra về mặt hình học được thể hiện bằng một tỷ lệ có tên là hiệu suất sợi đơn (EΣ). Nó liên quan đến độ thâm nhập của bộ lọc (P) được biểu thị bằng toán học là

Trong đó t là độ dày của phương tiện lọc, df là đường kính sợi và α là độ rắn của bộ lọc hoặc phần vật liệu rắn trong bộ lọc. Tổng hiệu suất sợi đơn EΣ bao gồm các đóng góp từ các cơ chế thu thập khác nhau và có thể được viết là

nơi mà ED, ER, EDR, EI, EG, và EE tượng trưng cho tổng hợp hiệu quả do độ khuếch tán, độ cản, độ cản của các hạt khuếch tán, tác động quán tính, hiệu ứng tĩnh điện và lực hấp dẫn, tương ứng. Như vậy, cơ chế hoạt động của các bộ lọc khác nhau đã được xem xét cho các bộ lọc màng sợi. Cơ chế là do cơ chế khuếch tán Brownian, độ cản tác động quán tính, lực sàng và căng và trọng lực là các cơ chế bắt cơ học, trong khi cơ chế bắt tĩnh điện đóng vai trò chủ đạo khi các khí dung hoặc bộ lọc có điện tích. Các cơ chế được miêu tả Hình 6

Hình 6

4.1. Hiệu quả cản

Nếu các phần tử của kích cỡ có hạn đi theo dòng chảy của luồng không khí sắp xếp hợp lý và không bao giờ đi chệch khỏi nó, hiệu ứng cản sẽ xảy ra. Hiện tượng cản xảy ra khi tâm hạt khí dung nằm trong một bán kính hạt của bề mặt sợi và gặp bề mặt của vật liệu lọc sợi dưới tác dụng của lực van der Waals. Độ cản đóng một vai trò quan trọng trong quá trình lọc hạt nano, đặc biệt là khi đường kính sợi nhỏ. Không khí chảy xung quanh sợi và kích thước hạt xác định hiệu quả của một sợi bị cản. Cơ chế cản là cơ chế bắt giữ chính đối với các hạt trong phạm vi 100–1000 nm và hiệu quả lọc bằng độ cản tăng lên khi kích thước hạt tăng lên.

4.2. Lắng đọng quán tính hoặc tác động

Sự sắp xếp cực kỳ phức tạp của các sợi làm cho luồng không khí trở nên cuốn lại. Khi quán tính của hạt ngăn không cho nó đi theo các đường thẳng thay đổi bất ngờ gần sợi, lực tác động quán tính xảy ra; do đó, hạt đập va vào sợi và sau đó tác động và lắng đọng trên màng sợi. Thông thường, các hạt lớn hơn với quán tính lớn hơn có hiệu quả lọc cao hơn. Do đó, cơ chế này trở thành cơ chế lắng đọng hàng đầu khi kích thước hạt vượt quá 1000 nm, đặc biệt trong trường hợp tốc độ dòng khí cao hơn. Hiệu quả của một sợi quang được tính toán dựa trên giá trị của số Stokes và trải rộng trong phạm vi khá rộng ở các số Stokes nhỏ. Việc tính toán chính xác hiệu quả ở các số Stokes nhỏ vẫn còn là một thách thức vì khó phân biệt các đóng góp từ các cơ chế lọc khác nhau trong phạm vi này. Người ta cho rằng khi số Stokes cao, hạt chuyển động gần như theo một đường thẳng với vận tốc ban đầu của nó, và quỹ đạo của hạt hơi lệch khỏi dòng không khí khi số Stokes nhỏ.

4.3. Khuếch tán Brownian

Các khí dung có kích thước dưới 100 nm lệch khỏi quỹ đạo ban đầu dưới tác động của chuyển động Brown ngẫu nhiên và sau đó va vào các sợi, cuối cùng dẫn đến sự lắng đọng xung quanh bề mặt sợi của màng lọc. Khuếch tán Brownian có thể là cơ chế chi phối để lọc hạt nano. Các hạt nhỏ hơn 300nm thể hiện chuyển động Brownian đáng kể, do đó dẫn đến sự khuếch tán và lắng đọng ở vùng lân cận bề mặt sợi. Hiệu quả của một sợi quang do khuếch tán là một hàm của tham số không thứ nguyên, số Peclet Pe, biểu thị tầm quan trọng tương đối của đối lưu và khuếch tán và được định nghĩa là

Ở đây, Uo là vận tốc lọc, μ là độ nhớt động lực học của không khí, D là hệ số khuếch tán, k là hằng số Boltzmann, T là nhiệt độ tuyệt đối, dp là đường kính hạt và Cc là hệ số hiệu chỉnh độ trượt.

4.4 Hiệu ứng tĩnh điện

Theo dõi các hạt sẽ được thay đổi tương ứng; khi các hạt và/hoặc sợi có điện tích tĩnh điện hoặc khi bộ lọc chịu tác động của điện trường bên ngoài, các hạt bị hút để lắng đọng trên bề mặt sợi do tương tác tĩnh điện tức là, lực tương tác và phân cực Culông. Các hạt tích điện hút các sợi tích điện trái dấu bằng lực Culông. Một sợi tích điện cũng có thể tạo ra sự phân tách lưỡng cực hoặc điện tích trong một hạt trung tính bằng cách tạo ra một điện trường không đều. Tương tự, một hạt tích điện cũng có thể tạo ra bề mặt của sợi trung tính ở cự ly gần.Lực điện môi thu được gây ra lực hút giữa hạt và sợi; tuy nhiên, những lực này yếu hơn lực Culông. Cơ chế tĩnh điện phụ thuộc vào kích thước hạt thông qua tính di động và phân bố điện tích và đóng vai trò chính khi kích thước hạt dưới 100 nm. Tương tác tĩnh điện là một cơ chế chiếm ưu thế trong trường hợp phân tách hạt không khí bằng mặt nạ phòng độc N95. Lượng điện tích trên các sợi mặt nạ càng lớn thì hiệu quả lọc càng cao. Lực tĩnh điện có thể làm tăng đáng kể hiệu quả thu gom hạt không khí; do đó, ứng dụng của lực tĩnh điện được sử dụng rộng rãi.Theo dõi các hạt sẽ được thay đổi tương ứng; khi các hạt và/hoặc sợi có điện tích tĩnh điện hoặc khi bộ lọc chịu tác động của điện trường bên ngoài, các hạt bị hút để lắng đọng trên bề mặt sợi do tương tác tĩnh điện tức là, lực tương tác và phân cực Culông. Các hạt tích điện hút các sợi tích điện trái dấu bằng lực Culông. Một sợi tích điện cũng có thể tạo ra sự phân tách lưỡng cực hoặc điện tích trong một hạt trung tính bằng cách tạo ra một điện trường không đều. Tương tự, một hạt tích điện cũng có thể tạo ra bề mặt của sợi trung tính ở cự ly gần.Lực điện môi thu được gây ra lực hút giữa hạt và sợi; tuy nhiên, những lực này yếu hơn lực Culông. Cơ chế tĩnh điện phụ thuộc vào kích thước hạt thông qua tính di động và phân bố điện tích và đóng vai trò chính khi kích thước hạt dưới 100 nm. Tương tác tĩnh điện là một cơ chế chiếm ưu thế trong trường hợp phân tách hạt không khí bằng mặt nạ phòng độc N95. Lượng điện tích trên các sợi mặt nạ càng lớn thì hiệu quả lọc càng cao. Lực tĩnh điện có thể làm tăng đáng kể hiệu quả thu gom hạt không khí; do đó, ứng dụng của lực tĩnh điện được sử dụng rộng rãi.

4.5. Sàng hoặc căng

Sàng và căng xảy ra khi kẽ hở giữa các sợi lọc nhỏ hơn đường kính của hạt. Khi kích thước hạt đủ lớn (>1000nm) để bị mắc kẹt giữa các sợi phương tiện lọc liền kề, hiện tượng căng trở nên chiếm ưu thế. Cơ chế này cũng phần lớn phụ thuộc vào đường kính sợi và mật độ của phương tiện lọc.

4.6. Tác động của lực hấp dẫn

Vì các hạt khí dung rất nhỏ nên tác động của lực hấp dẫn dường như là nhỏ nhất trong số các tác động nêu trên và quá trình lắng đọng có thể hoàn toàn bị bỏ qua khi các hạt nhỏ hơn 500 nm. Quá trình lắng trọng lực có thể dẫn đến việc các hạt được thu thập trong bộ lọc do độ lệch của chúng so với đường sắp xếp hợp lý.

Quá trình lọc của khí dung dạng rắn khá là khác so với khí dung dạng lỏng. Trong trường hợp khí dung dạng rắn, áp suất giảm qua bộ lọc tăng theo khối lượng khí dung lắng đọng. Đầu tiên, các hạt khí dung được lắng đọng trên bề mặt của các sợi riêng lẻ trên bề mặt lọc, sau đó tích tụ trên bề mặt sợi và đông lại trên bề mặt của bộ lọc. Khi bề mặt bị đông lại, việc sàng lọc trở thành cơ chế lọc chủ đạo; như vậy lọc thay đổi từ “lọc sâu” thành “lọc bề mặt”. Tuy nhiên, khí dung dạng lỏng, độ hiệu quả lọc đầu tiên sẽ giảm liên tục rồi về đến giá trị cân bằng. Khả năng kết hợp và chảy của các hạt chất lỏng tạo ra sự khác biệt giữa các cơ chế lắng đọng của chúng. Hành vi tải của chúng phụ thuộc vào sự xuất hiện của sự di chuyển bên trong, thoát nước, tái cuốn hút, v.v., khi hạt rắn tạo ra một cấu trúc cố định không dễ thay đổi cho đến khi, cuối cùng, một bề mặt đông hình thành trên bề mặt bộ lọc.

5. Đánh giá hiệu suất của thiết bị lọc N95

Hầu hết các FFR N95 được NIOSH chứng nhận đều mang lại hiệu quả lọc hơn 95% cho nhiều loại kích thước hạt (4–100000 nm). Chúng cung cấp khả năng bảo vệ gần như 100% khỏi các hạt khác nhau, từ các giọt lớn (>100000nm) đến các giọt nhỏ có thể hít vào (10–100000nm) và hạt khí dung (<10000nm). Ngoài ra, các FFR này cung cấp hiệu suất lọc lớn hơn 95% đối với các hạt có kích thước từ 4 đến 400 nm. FFR cho thấy kích thước hạt xuyên thấu nhất (MPPS) là 40–100nm khi được chế tạo từ vật liệu lọc điện.Tuy nhiên, khi các điện tích tĩnh điện được loại bỏ bằng cách sử dụng các dung môi như isopropanol, độ xuyên thấu tăng lên rõ rệt và MPPS tăng lên 200–400 nm. Phạm vi cao hơn này được trông đợi cho các bộ lọc chỉ dựa vào cơ chế thu thập cơ học (cản, tác động và khuếch tán).

Nhiều nhà nghiên cứu đã đánh giá hiệu quả hoạt động của các thiết bộ lọc được chọn cho cả hai phần tử vô cơ và hữu cơ. Đôi khi cả hai loại phân tử được được nhắm vào cùng với quy trình thử nghiệm được sửa đổi để giành được sự tin tưởng của các chuyên gia chăm sóc sức khỏe trong thế giới bên ngoài. Hơn nữa, tốc độ dòng chảy thay đổi của các hạt này được coi là quan trọng không kém để đánh giá hiệu suất của bất kỳ mặt nạ phòng độc hoặc mặt nạ nào đang được thử nghiệm. Thông thường, các phần tử có mặt trong không khí có sự khác nhau lớn về kích cỡ và hình dạng với hành vi hóa lý khác nhau. Các phần tử xâm nhập phụ thuộc vào vận tốc bề mặt dựa trên tốc độ dòng chảy và diện tích bề mặt có sẵn, kích thước hạt khí dung, độ nhớt không khí, nhiệt độ và một số thông số bộ lọc, bao gồm độ dày, đường kính sợi và mật độ sợi. Kích thước hạt quan trọng nhất trong điều kiện thử nghiệm là MPPS, thường xảy ra trong khoảng từ 50 đến 500 nm tùy thuộc vào đặc tính của bộ lọc và vận tốc trên bề mặt. Phần sau tóm lược tài liệu về đánh giá hiệu suất của mặt nạ phòng độc N95 dựa trên các loại khí dung được kiểm tra, bản chất của luồng không khí và các yếu tố tiềm ẩn khác có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của chúng.

Bảng 4. Tóm tắt đánh giá hiệu quả của mặt nạ phòng độc N95 trong vấn đề về việc lọc các phần tử nano

5.1. Hiệu suất chống lại các hạt vô cơ

Phương pháp đánh giá hiệu suất thông thường được sử dụng để chứng nhận mặt nạ phòng độc sê-ri N theo Tiêu đề 42 của NIOSH Bộ luật Quy định Liên bang Phần 84. Trong thử nghiệm này, phần tử sodium chloride (NaCl) được dùng làm khí dung thử nghiệm. NIOSH chỉ thay đổi độ chảy trong quá trình thử nghiệm chứng nhận tùy thuộc vào cấu hình của mặt nạ lọc không khí không chạy bằng năng lượng. Balazy et al miêu tả một thiết lập đánh giá hiệu suất dựa trên ma nơ canh, được miêu tả ở Hình 7. Một giao thức dựa trên ma nơ canh được dùng để đánh giá hiệu quả của việc xâm nhập ở những lưu lượng hít thở vào., hầu hết là ở mức độ 30 đến 85L/phút tương ứng với lưu lượng làm việc nhẹ hoặc nặng. Độ tập trung của khí dung được đo bên trong và bên ngoài của mặt nạ dùng máy quang phổ hạt phạm vi rộng (WPS) và được phác họa dựa trên kích thước hạt. Các kích thước hạt được nhắm mục tiêu nằm trong khoảng từ 10 đến 600nm. Tuy nhiên, đối với nhiều thử nghiệm chứng nhận tiêu chuẩn, các hạt phân tử ∼300 nm được sử dụng vì chúng được cho là có kích thước xuyên thấu tốt nhất. Người ma nơ canh được trang bị một đầu dò để lấy mẫu khí dung bên trong mặt nạ.

Nói chung, mặt nạ phòng độc N95 có hiệu suất lọc cao hơn, với hiệu suất ít nhất là 95% đối với các hạt NaCl có kích thước 100–300 nm, đạt 99,5% hoặc cao hơn ở khoảng 750 nm khi thử nghiệm ở tốc độ dòng chảy chứng nhận là 85 L/phút. Qian cùng cộng sự đã tìm thấy hiệu quả loại bỏ gần như 100% đối với hầu hết các hạt môi trường, ngoại trừ các hạt submicron có kích thước nhỏ hơn 750 nm. Phần khối lượng thâm nhập tối đa đối với các hạt nhỏ hơn 750nm là 1,8% khi không có rò rỉ bề mặt. Mặt nạ phòng độc thậm chí còn thể hiện hiệu suất tốt hơn ở điều kiện khối lượng công việc thấp hoặc trung bình khi tốc độ dòng chảy nhỏ hơn 85 L/phút. Tuy nhiên, mặt nạ phòng độc N95 cho thấy khả năng thâm nhập cao hơn của các hạt nano (1–100 nm), chẳng hạn như titan dioxit (TiO2), ống nano carbon (CNTs) và fullerene, so với các hạt được đo cho khí dung NaCl. Trong một nghiên cứu được thực hiện bởi Zhou và cộng sự, sự thâm nhập của các sol khí hạt nano được thiết kế này vượt quá 5% và thường lớn hơn 5% gần MPPS (90–150 nm) (Hình 8). Phạm vi MPPS này tương đối cao hơn phạm vi MPPS (40–100nm) của N95 FFR được NIOSH chứng nhận đã thử nghiệm cho các hạt NaCl. Một lý do có thể cho sự thâm nhập tối đa cao hơn và chuyển MPPS sang kích thước hạt phân tử được đối với các hạt nano được thiết kế này có thể liên quan đến quá trình thu thập tĩnh điện. Đối với mặt nạ phòng độc không có lực tĩnh điện, được xử lý bằng isopropanol để loại bỏ điện tích, sự xâm nhập của NaCl và các hạt nano được thiết kế đã tăng đáng kể khi tăng MPPS lên 150 nm đối với cả hai loại khí dung.

Hình 8

Các yêu cầu chứng nhận của NIOSH cần đánh giá hiệu suất của bộ lọc đối với các khí dung có hại trong trường hợp xấu nhất hoặc điều kiện khắc nghiệt. Vì nơi làm việc ở trong môi trường ít khắc nghiệt hơn so với điều kiện thử nghiệm trong quá trình chứng nhận, nên các bộ lọc được cho là hoạt động tốt hơn mức chứng nhận của chúng. Các thử nghiệm chứng nhận sử dụng quang kế để đo sự tán xạ ánh sáng của khí dung thử nghiệm, cung cấp dấu hiệu về sự thâm nhập khối lượng của khí dung. Tuy nhiên, Rengasamy cùng cộng sự. gợi ý rằng quy trình chứng nhận mặt nạ phòng độc NIOSH sử dụng phương pháp trắc quang có thể không phải là phương pháp thử nghiệm khí dung khó khăn. Các nhà nghiên cứu này đã tìm thấy khả năng xuyên thấu bằng phương pháp thử nghiệm NIOSH ít hơn nhiều lần so với khả năng xuyên thấu thu được bằng máy đếm hạt ngưng tụ siêu mịn đối với khí dung NaCl cũng như đối với các hạt trong phòng. Phép đo đếm hạt đưa ra một thách thức khó khăn hơn so với phương pháp trắc quang, thiếu độ nhạy đối với các hạt <100 nm. Các loại hạt khác nhau được sử dụng để thách thức các bộ lọc nhằm xác minh hiệu quả lọc của chúng. Ví dụ: Khí dung NaCl được sử dụng cho bộ lọc sê-ri N, trong khi khí dung dioctyl phthalate (DOP) được sử dụng cho bộ lọc sê-ri R và P. Cả khí dung NaCl và DOP đều có đường kính trung bình đếm được (CMD) lần lượt là 75 ± 20 và 185 ± 20 nm và được trung hòa điện tích. Tuy nhiên, Rengasamy cùng cộng sự phát hiện ra rằng hệ thống thử nghiệm dựa trên hạt nano bạc đơn phân tán đáng tin cậy hơn để đo hiệu quả lọc của mặt nạ phòng độc N95.

5.2. Hiệu suất chống lại các hạt sinh học

Balazy và cộng sự. đã đánh giá hiệu suất bộ lọc của N95 FFR được chứng nhận cho cả hạt NaCl (10–600nm) và vi rút MS2 (10–80nm), một chất mô phỏng vô hại của một số mầm bệnh. Kết quả cho thấy khẩu trang N95 không thể cung cấp mức độ bảo vệ dự kiến ​​đối với các hạt nhỏ trong phạm vi 10–80 nm, đặc biệt là ở tốc độ dòng khí hít vào cao hơn. Đối với mẫu vi-rút, mức độ xâm nhập vượt quá ngưỡng 5% ở tốc độ dòng khí hít vào cao hơn với giá trị trung bình là 5,6%, cho thấy mức độ xâm nhập tối đa (∼6%) xảy ra ở đường kính hạt xấp xỉ 50 nm. Các tác giả kết luận rằng mặt nạ phòng độc N95 được chứng nhận có thể bảo vệ người đeo đúng cách trước các hạt có kích thước từ 300nm trở lên, nhưng hiệu suất của chúng có thể thấp hơn ngưỡng đối với các hạt trong phạm vi kích thước nano. Đối với vi khuẩn trong không khí, chẳng hạn như vi khuẩn thay thế Mycobacterium tuberculosis có kích thước khí động học từ 800 nm trở lên, hiệu quả lọc của mặt nạ phòng độc N95 được báo cáo là 99,5% hoặc cao hơn khi thử nghiệm ở tốc độ dòng chảy được chứng nhận là 85L/phút.

Trong một nghiên cứu riêng biệt, xác định các yếu tố bảo vệ (PF) do N95 FFR cung cấp chống lại các hạt đại diện cho phạm vi kích thước của vi khuẩn và vi rút (kích thước khí động học: 40–1300 nm), Lee và cộng sự. suy ra rằng N95 FFR có thể không đạt được mức độ bảo vệ cần thiết chống lại vi khuẩn và vi rút. Ngay cả việc sử dụng van thở ra trên khẩu trang N95 cũng không ảnh hưởng đến khả năng bảo vệ đường hô hấp; nó dường như là một giải pháp thay thế thích hợp để giảm sức cản của hơi thở.

5.3. Hiệu suất ở các tốc độ dòng khí khác nhau

Trong thử nghiệm NIOSH, các bộ lọc được thử thách ở tốc độ dòng khí không đổi là 85L/phút (đối với mặt nạ có bộ lọc đơn) hoặc 42,5 L/phút (đối với mặt nạ có bộ lọc kép). Ngoài ra, các bộ lọc thường được nạp tối thiểu 200 mg khí dung. Năng lực của luồng không khí 85L/phút không đổi được sử dụng trong điều kiện thử nghiệm NIOSH để mô phỏng các điều kiện thực tế là tâm điểm của nhiều tranh cãi. Tốc độ thông gió toàn bộ trung bình ở các cường độ làm việc khác nhau được phát hiện là cao tới 114 L/phút, và ở khối lượng công việc cao, tốc độ dòng khí có đỉnh tức thời nằm trong khoảng 300–400 L/phút. Tốc độ thông gió cao và lưu lượng đỉnh cao này khó xảy ra và xảy ra trong một thời gian ngắn ở khối lượng công việc nặng nhọc; tuy nhiên, các giới hạn trên này cao hơn lưu lượng thử nghiệm 85L/phút không đổi được duy trì trong thử nghiệm chứng nhận NIOSH.

Bahloul và cộng sự đã đánh giá sự xâm nhập của các hạt (NaCl đa phân tán), chủ yếu ở phạm vi siêu mịn (<100 nm), thông qua N95 FFR chịu dòng chảy tuần hoàn và liên tục, mô phỏng quá trình thở đối với khối lượng công việc từ trung bình đến nặng. Lưu lượng không đổi cung cấp mức thâm nhập MPPS (trường hợp xấu nhất) bằng hoặc lớn hơn mức thâm nhập MPPS của dòng tuần hoàn và có thể dự đoán tốt hơn kết quả của dòng tuần hoàn tương ứng. Đối với tốc độ dòng chảy thấp hơn (42–170L/phút), không có sự khác biệt đáng kể về mức độ thâm nhập MPPS giữa dòng chảy không đổi và tuần hoàn, trong khi đối với >230L/phút, mức độ thâm nhập MPPS tăng đáng kể được ghi nhận đối với dòng chảy không đổi thay vì hơn đối với dòng tuần hoàn.

Eshbaugh và cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện dòng chảy cao, có thể gặp phải trong quá trình làm việc nặng nhọc, đối với sự xâm nhập của khí dung và mối liên hệ giữa sự xâm nhập ở điều kiện dòng chảy liên tục và tuần hoàn. Các nhà nghiên cứu này đã sử dụng cả thiết bị đo khí dung đơn phân tán và khí dung theo kích thước cụ thể cho phép đo độ thâm nhập dựa trên số đếm của các hạt có phạm vi đường kính từ 20 đến 2900 nm. Sự thâm nhập được phát hiện là tăng lên ở các điều kiện dòng chảy tuần hoàn và liên tục tăng lên, điều này phù hợp với các nghiên cứu trước đây. MPPS xấp xỉ 50nm đối với các bộ lọc N95 và tương đối không bị ảnh hưởng bởi dòng chảy.

5.4. Cơ hội rò rỉ khuôn mặt

Quy trình chứng nhận hiện tại ước tính hiệu quả lọc đối với phương tiện lọc chứ không phải đối với rò rỉ mặt bịt kín, một con đường thâm nhập quan trọng đối với các hạt khí dung.Tuy nhiên, tại hiện trường, người đeo khẩu trang N95 phải vượt qua bài kiểm tra độ vừa vặn trước khi họ có thể sử dụng khẩu trang tại nơi làm việc. Kiểm tra độ vừa khít đo tổng lượng khí dung xâm nhập qua môi trường bộ lọc và rò rỉ mặt bịt kín. Trong các điều kiện thở thực tế, có hai con đường thâm nhập có thể xảy ra đối với các hạt trong phạm vi kích thước từ 30–1000nm: qua (i) rò rỉ mặt bịt kín và (ii) môi trường lọc. Chen và cộng sự. đã nghiên cứu về khả năng bịt kín mặt so với khả năng thâm nhập của bộ lọc đối với các hạt có kích thước 500–5000nm với một người ma-nơ canh thở trong điều kiện dòng chảy không đổi và các vết rò rỉ bịt kín bề mặt được tạo ra một cách nhân tạo. Grishpun và cộng sự đã thực hiện một bài kiểm tra để phân biệt rõ ràng giữa hai con đường trong điều kiện thở thực tế. Các nhà nghiên cứu này đã kiểm tra sự đóng góp của hai con đường này đối với N95 FFR và khẩu trang phẫu thuật (khẩu trang y tế). Tất cả các nghiên cứu này cho thấy rằng sự xâm nhập của các hạt qua mặt bịt kín vượt qua sự xâm nhập qua môi trường lọc. Đối với mặt nạ phòng độc N95, độ xuyên thấu tăng lên theo một bậc độ lớn với sự gia tăng kích thước hạt (ví dụ: khoảng ∼20 lần đối với 1000 nm). Tuy nhiên, khẩu trang phẫu thuật (khẩu trang y tế) không bị ảnh hưởng đáng kể bởi kích thước hạt. Chuyển động của khuôn mặt/cơ thể, cường độ thở và kích thước khuôn mặt cho thấy những tác động rõ rệt đối với những đóng góp tương đối của hai con đường thâm nhập.

5.5. Cơ hội của sự tái tạo khí dung

Mặt khác, nguồn cung mặt nạ lọc N95 có thể không đủ để đáp ứng nhu cầu trong thời kỳ đại dịch. Do đó, các nhân viên y tế sử dụng cùng một mặt nạ cho nhiều lần gặp bệnh nhân. Nếu quá trình tái tạo khí dung của các hạt vi rút xảy ra từ mặt nạ phòng độc bị ô nhiễm, thì khẩu trang có thể đóng vai trò là nguồn chứa các hạt vi rút. Mặt nạ phòng độc của nhân viên y tế có thể bị nhiễm các hạt vi-rút khi tiếp xúc gần với bệnh nhân bị nhiễm bệnh, và sau đó, nếu người đó bước vào phòng của bệnh nhân tiếp theo, các hạt vi-rút có thể tái tạo khí dung do luồng không khí (thở, ho, và hắt hơi) do các nhân viên y tế tạo ra, gây nguy hiểm cho khu vực xung quanh. Một số nghiên cứu đã báo cáo không phát hiện thấy quá trình tái tạo khí dung từ mặt nạ phòng độc N95 trong điều kiện làm việc bình thường. Tuy nhiên, có khả năng tái tạo khí dung của các hạt đã được thu thập từ bộ lọc của mặt nạ nếu (i) mặt nạ phòng độc không có van thở ra, (ii) người đeo hắt hơi hoặc ho và (iii) máy thổi hoặc quạt công suất lớn được sử dụng trong phòng. Qian và cộng sự đã chứng minh khả năng tái tạo khí dung khi người đeo hắt hơi hoặc ho với vận tốc không khí thở ra vượt quá 25 lần vận tốc thở qua mặt nạ phòng độc trong điều kiện khối lượng công việc nặng. Các nhà nghiên cứu này phát hiện ra rằng các hạt lớn hơn dễ bị tái tạo khí dung hơn, đặc biệt là ở độ ẩm tương đối thấp hơn 35% và kết luận rằng quá trình tái tạo khí dung của các hạt nhỏ hơn 1000 nm (kích thước trung bình của COVID-19 là 125 nm) là không đáng kể ngay cả trong tình trạng hắt hơi và ho dữ dội. Fisher và cộng sự đã kiểm tra quá trình tái tạo khí dung của các hạt vi-rút từ mặt nạ phòng độc N95 bị ô nhiễm bằng cách sử dụng thể thực khuẩn MS2 làm chất thay thế cho vi-rút gây bệnh trong không khí ở cả dạng giọt và hạt nhân. Các vi-rút dưới dạng giọt nhỏ ít nhạy cảm với quá trình tái tạo khí dung hơn so với các vi rút dưới dạng hạt nhân nhỏ giọt và sự phân bố kích thước của các hạt được tái tạo khí dung lớn hơn so với khí dung nạp. Các nhà nghiên cứu đã suy luận rằng rủi ro phơi nhiễm do quá trình tái tạo khí dung liên quan đến việc sử dụng N95 kéo dài có thể được coi là không đáng kể đối với hầu hết các loại vi-rút đường hô hấp.

5.6. Các yếu tố khác ảnh hưởng đến hiệu suất

Ngoài các phương thức đánh giá hiệu suất cơ bản, còn có nhiều yếu tố khác được coi là quan trọng không kém đối với mặt nạ hoặc mặt nạ phòng độc được chọn để được sử dụng trong môi trường thực tế. Sửa đổi các đặc tính nhỏ của mặt nạ phòng độc hoặc thay đổi môi trường có thể rất hiệu quả. Ví dụ: hiệu quả của các bộ lọc có thể được tăng cường đáng kể (lên đến 200% đối với đường kính hạt ∼ 75nm) bằng cách tăng hoạt động của hiệu ứng tĩnh điện giữa các hạt và phương tiện lọc. Các hạt có kích thước nhỏ tới 30nm đã được thu thập từ không khí bởi Balazy và cộng sự và Rengasamy và cộng sự, với hiệu suất loại bỏ lớn hơn 90% dưới tác động chủ yếu của các tương tác tĩnh điện hạt-sợi. Mức sạc trên các sợi phương tiện lọc có thể thay đổi theo thời gian và cách sử dụng; do đó, hiệu quả của bộ lọc (đối với các hạt <100nm) cũng giảm đáng kể. Áp dụng một điện trường bên ngoài để phân cực sợi quang, sau đó tạo điều kiện thuận lợi cho sự chuyển động của hạt tích điện về phía sợi quang có thể khắc phục được sự cố. Ngoài ra, sự phân cực của các hạt trong không khí bởi trường bên ngoài cũng có thể tạo ra lực điện môi lên chúng.

Để cải thiện chất lượng hô hấp và giảm sự tích tụ khí carbon dioxide (CO2) thở ra, nhiệt và độ ẩm trong khoảng chết của mặt nạ, có thể sử dụng van thở ra (EV) hoặc máy thở siêu nhỏ (quạt nhỏ, MF) để thoát khí ra ngoài. không khí để lâu. Việc sử dụng mặt nạ có EV hoặc MF làm giảm nồng độ phân đoạn của mức CO2 được truyền vào (FICO2) tương đối gần với mức cơ bản. Tuy nhiên, mục đích chính của EV hoặc MF là giảm sức cản của hơi thở trong quá trình thở ra. Sự sụt giảm này không ảnh hưởng đến khả năng cung cấp khả năng bảo vệ hô hấp đầy đủ của mặt nạ. Loại thiết kế này đã được báo cáo là nhằm nâng cao sự thoải mái và trải nghiệm của người đeo khẩu trang. Zhou và cộng sự đã đánh giá những đóng góp tương đối của mặt nạ, van và máy thở siêu nhỏ đối với hiệu quả lọc khí dung của mặt nạ phòng độc N95 và không xác định được bất kỳ sự khác biệt đáng kể nào về hiệu quả của mặt nạ phòng độc N95 bằng cách sử dụng các tính năng này chủ yếu nhằm tăng cường sự thoải mái. Mối lo ngại khi sử dụng các bộ phận bổ sung này là có khả năng gây ô nhiễm môi trường vô trùng trong phòng được bảo vệ với các hạt thở ra thoát ra khỏi mặt nạ phòng độc qua van.

Một lựa chọn khả thi khác để cải thiện hiệu suất có thể là sử dụng khẩu trang phẫu thuật (SM) che phủ mặt nạ phòng độc có bộ lọc N95 (FFR), đây đã trở thành một chiến lược để tránh ô nhiễm FFR trên bề mặt trong tình huống đại dịch này. Hơn nữa, việc đặt SM trên FFR giúp cải thiện nồng độ khí thở hít vào so với FFR không có SM. Ngoài ra, việc đặt SM trên FFR có van thở ra (EV) có thể ngăn không cho EV mở ra, bất kể cường độ hoạt động như thế nào. Sinkule và cộng sự đã điều tra chất lượng không khí thở và sức cản của hơi thở khi sử dụng FFR có SM (FFR + SM) và không có SM. Thành phần của khí hít vào trong FFR+SM và chỉ FFR khác nhau đáng kể ở mức tiêu hao năng lượng thấp hơn. So với các FFR không có SM, CO 2 hít vào trung bình cao hơn được quan sát thấy ở các FFR có SM. Tuy nhiên, cuộc điều tra cho thấy rằng sự kết hợp SM–FFR chỉ tạo ra những thay đổi nhỏ về mặt lâm sàng đối với khí hít vào và áp lực thở, dẫn đến ảnh hưởng tối thiểu đến hiệu suất làm việc thể chất.

Trong tình trạng thiếu khẩu trang N95 trên toàn cầu hiện nay, nhân viên y tế cần tái sử dụng khẩu trang N95 của họ. Sử dụng nước xà phòng hoặc bất kỳ loại cồn y tế nào để khử trùng mặt nạ làm giảm đáng kể hiệu quả lọc của những mặt nạ này (lần lượt là 54% và 67%). Juan và cộng sự đã đề xuất một phương pháp để làm sạch và tái sử dụng khẩu trang N95 mà hầu như không tốn chi phí nhưng vẫn giữ được hiệu suất lọc là 92,4–98,5%. Các nhà nghiên cứu này đã đề xuất tái sử dụng khẩu trang N95 cứ sau 3–4 ngày xoay vòng, bằng cách làm nóng trong 60 phút và hấp hoặc đun sôi trong 5 phút sau đó sấy khô trong không khí. Tuy nhiên, nếu mặt trong của khẩu trang được làm bằng giấy hoặc khăn giấy, khẩu trang có thể bị mất độ bền khi giặt. Ngoài ra, việc áp dụng nhiều quy trình khử trùng cho mặt nạ phòng độc có thể khiến chúng xuống cấp đáng kể và không đạt yêu cầu trong bài kiểm tra độ vừa vặn. Rất gần đây, Price cùng cộng sự so sánh hai phương pháp khử trùng đầy hứa hẹn cho khẩu trang N95: (i) nhiệt khô [không khí nóng (75 °C, 30 phút)] và (ii) chiếu xạ diệt khuẩn bằng tia cực tím (UVGI; 254nm, 8W, 30 phút). Khẩu trang N95 được xử lý bằng không khí nóng trong 5 chu kỳ không cho thấy độ khít vừa vặn bị xuống cấp, trong khi khẩu trang N95 được xử lý bằng tia cực tím UVGI bị giảm độ vừa vặn đáng kể khi áp dụng biện pháp xử lý này trong 10 chu kỳ và không vượt qua thử nghiệm định lượng về độ khít. (Trong một nghiên cứu khác gần đây, Liao cùng cộng sự phát hiện ra rằng nhiệt (≤85 °C) trong điều kiện độ ẩm (độ ẩm tương đối ≤100%, RH) là phương pháp không làm xuống cấp, là phương pháp hứa hẹn nhất để bảo quản các đặc tính lọc trong vải nóng chảy cũng như mặt nạ phòng độc cấp N95. Thậm chí 50 chu kỳ xử lý ở 85°C và 30% RH có thể duy trì hiệu suất lọc mà không có sự thay đổi đáng kể về hiệu quả. Nghiên cứu cho thấy tác động tiêu cực của việc sử dụng chất lỏng, chẳng hạn như dung dịch cồn, dung dịch gốc clo hoặc xà phòng, để làm sạch mặt nạ vì cách xử lý này có thể làm giảm điện tích tĩnh rất quan trọng để FFR đáp ứng tiêu chuẩn N95. Một báo cáo khác tuyên bố rằng việc khử trùng bằng cách sử dụng khí ozone cũng cho thấy kết quả tuyệt vời trong tối đa 72 chu kỳ khử trùng mà không phát hiện thấy sự xuống cấp hoặc mất hiệu quả lọc. Chi tiết về khả năng sử dụng lại của chúng sẽ được thảo luận trong phần tiếp theo của Đánh giá này.

6. Tính ổn định, độ bền và khả năng tái sử dụng

Dựa trên khuyến nghị của nhà sản xuất, khẩu trang N95 được thiết kế để sử dụng một lần. Tuy nhiên, đại dịch COVID-19 đã dẫn đến sự thiếu hụt đáng kể khẩu trang N95 trong các nhà cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe. Về mặt chính thức, CDC và NIOSH không khuyến nghị khử nhiễm và tái sử dụng mặt nạ phòng độc N95, nhưng trong thời điểm khan hiếm như vậy, một số chiến lược đã được điều chỉnh dựa trên đánh giá lâm sàng của từng cá nhân và các nguồn lực sẵn có. Trước đó vào năm 2020, CDC đã cập nhật các hướng dẫn về cách sử dụng N95 để giúp các chuyên gia chăm sóc sức khỏe trong thời điểm khủng hoảng.

1. Có thể đeo khẩu trang đã hết hạn sử dụng bên ngoài phòng mổ sau khi đảm bảo niêm phong đúng cách.
2. Các loại khẩu trang có tiêu chuẩn nước ngoài tương tự như tiêu chuẩn GB 2626-2006 và GB 2626-2019 của Trung Quốc và tiêu chuẩn EN 149-2001 của Châu u đã được chấp thuận sử dụng.
3. Hạn chế (5 lần, do CDC khuyến nghị) tái sử dụng khẩu trang N95 cho nhiều bệnh nhân trong khi tháo khẩu trang giữa các lần khám.
4. Ưu tiên sử dụng khẩu trang N95 cho các hoạt động có nguy cơ lây nhiễm cao nhất, bao gồm các thủ thuật y tế tạo ra khí dung.
5. Các biện pháp kiểm soát hành chính để bảo vệ nhân viên tuyến đầu bao gồm rút ngắn thời gian nằm viện của bệnh nhân COVID-19 đã ổn định về mặt y tế và tạm dừng kiểm tra độ vừa vặn của khẩu trang. Nếu không còn khẩu trang N95, thì nên giữ cho nhân viên y tế có nguy cơ mắc bệnh nghiêm trọng tránh xa bệnh nhân nhiễm vi-rút corona và nhân viên đã được chăm sóc vi-rút.

CDC cũng khuyến nghị mở rộng việc sử dụng khẩu trang N95 trong đại dịch này. Việc sử dụng kéo dài khẩu trang N95 cho phép bạn đeo khẩu trang này nhiều lần khi thăm khám cho một số bệnh nhân COVID-19 liên tiếp mà không cần tháo ra giữa các lần gặp. Việc sử dụng khẩu trang N95 trong thời gian dài có thể an toàn tới 8 giờ. Để tránh làm bẩn mặt nạ, các hướng dẫn hiện tại đề xuất đeo tấm che mặt bên ngoài mặt nạ phòng độc N95.

Một nghiên cứu gần đây cho thấy rằng virus corona mất phần lớn khả năng tồn tại sau 72 giờ trên bề mặt nhựa. Do đó, có thể giả định rằng, theo thời gian, COVID-19 sẽ không hoạt động trên bề mặt của khẩu trang phòng độc N95. Để tái sử dụng mặt nạ phòng độc N95 một cách an toàn và thường xuyên mà không ảnh hưởng đến hiệu quả lọc của chúng, CDC đã lưu ý chiến lược xoay ca mặt nạ và khử nhiễm sau khi xử lý bằng hóa chất, bức xạ hoặc nhiệt. Quá trình biến tính protein (sử dụng nhiệt hoặc cồn), phá vỡ DNA/RNA (bằng chất oxy hóa, peroxide và tia cực tím) và phá vỡ tế bào (bằng clorua, aldehyde hoặc phenolic) thường được thực hiện thông qua quá trình khử độc hoặc khử trùng vi khuẩn và vi rút . Đối với việc vô hiệu hóa COVID-19, các phương pháp khử trùng này không được khai thác thường xuyên, nhưng một số bài báo cho thấy kết quả thông lượng tương đối cao đối với việc tái sử dụng mặt nạ phòng độc. Khẩu trang có thể được tái sử dụng khoảng 5 lần nếu có ít hoặc không có ô nhiễm vi-rút trên bề mặt. Những nỗ lực sau đây có thể được thực hiện để tái sử dụng mặt nạ phòng độc N95, đảm bảo được các tổ chức nổi tiếng thế giới đánh giá cẩn thận.

6.1. Xoay ca mặt nạ

Việc xoay ca khẩu trang chỉ áp dụng cho những trường hợp người dùng có một bộ khẩu trang N95, ít nhất 5 chiếc, mỗi CDC. Nên thay khẩu trang mỗi ngày, để khẩu trang khô hơn 72 giờ để vi rút không còn khả năng tồn tại. Cần bảo quản khẩu trang phù hợp, bằng cách treo khẩu trang cho khô hoặc bảo quản chúng trong hộp sạch, thoáng khí như túi giấy giữa các lần sử dụng, đảm bảo rằng khẩu trang không chạm vào nhau. Ngoài ra, nên kiểm tra niêm phong người dùng trước mỗi lần sử dụng. Đeo/cởi đúng cách là một yếu tố quan trọng khác để tránh làm bẩn mặt nạ bên trong hoặc bên ngoài mặt nạ. Khi khẩu trang bị nhiễm bẩn từ các quy trình tạo khí dung hoặc chất dịch cơ thể, CDC khuyến nghị nên vứt bỏ khẩu trang đó.

6.2. Tái xử lý (Tiệt trùng)

Mặt nạ phòng độc N95 có thể được xử lý lại bằng cách sử dụng các nguyên tắc chung được đề xuất sau đây:

1. Phương pháp này phải vô hiệu hóa đầy đủ lượng vi rút trên mặt nạ.
2. Mặt nạ không thể bị bẩn bởi các chất dịch cơ thể như mồ hôi và/hoặc giọt bắn từ miệng (bụi bẩn, muối hoặc hóa chất/hạt khí dung).
3. Hiệu quả của khẩu trang, chẳng hạn như khả năng hấp phụ, khả năng lọc và khả năng tĩnh điện, phải được bảo toàn.
4. Sự vừa vặn của mặt nạ không bị ảnh hưởng.

6.2.1. Xử lý nhiệt

Xử lý nhiệt (có nhiệt độ/không có độ ẩm) là một quy trình khử trùng hiệu quả đối với các loại vi-rút như SARS-CoV. Thông thường, có hai cách để áp dụng nhiệt này.

Theo CDC, xử lý bằng nhiệt ẩm (làm nóng ở 60–70 °C và độ ẩm tương đối 80–85% trong ít nhất 60 phút) là một trong những phương pháp hứa hẹn nhất, nhưng nó phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, độ ẩm, môi trường và thời gian tiếp xúc để làm bất hoạt các phần tử virus. Ngoài ra, phương pháp này ảnh hưởng đến hiệu quả lọc của khẩu trang. Tuy nhiên, nghiên cứu gần đây đã báo cáo những thay đổi nhỏ về đặc tính lọc sau 20 chu kỳ xử lý nhiệt trong môi trường ẩm ướt. Độ khít của mặt nạ phòng độc dường như không bị ảnh hưởng.

Khi sử dụng kỹ thuật làm nóng khô, khử nhiễm mặt nạ bằng cách sử dụng các nhiệt độ khác nhau trong thời gian tiếp xúc cụ thể có thể tiêu diệt vi rút một cách hiệu quả trong khi vẫn bảo toàn tính toàn vẹn của bộ lọc để tái sử dụng. Thông thường, nhiệt độ 70 °C được duy trì trong 30 phút. Theo một báo cáo gần đây, phương pháp này có thể áp dụng trong hai chu kỳ để khử nhiễm COVID-19 khỏi khẩu trang N95 mà không ảnh hưởng đến độ vừa vặn của khẩu trang. Áp dụng nhiệt độ cao hơn cũng dẫn đến thời gian điều trị ngắn hơn. Tuy nhiên, các thông số tối ưu vẫn chưa được xác định.

6.2.2. Xử lý tia cực tím

Khử nhiễm mặt nạ phòng độc N95 bằng phương pháp xử lý tia cực tím đã được sử dụng trong một số hệ thống bệnh viện và do các yêu cầu chính xác đối với phương pháp điều trị này, không nên điều trị bằng tia cực tím tại nhà. Bức xạ tia cực tím có thể làm suy giảm polypropylene, vì vậy nên phát triển các quy trình định lượng cụ thể. Có thể vô hiệu hóa đúng cách COVID-19 với sự xuống cấp tối thiểu của mặt nạ bằng cách sử dụng một liều lượng cụ thể và chiếu sáng toàn bộ diện tích bề mặt. Một báo cáo gần đây đã chỉ ra rằng, với cường độ liều lượng thích hợp, thời gian tiếp xúc lên tới 10 chu kỳ khử nhiễm phù hợp với báo cáo của NIOSH, trong khi hiệu quả giảm xuống 93% sau 20 chu kỳ. Liều lượng UV lên tới 950 J/cm 2 bảo toàn hiệu quả của bộ lọc, nhưng độ bền cơ học của phương tiện lọc có thể bị ảnh hưởng đáng kể. Liao cùng cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của các quy trình khử trùng khác nhau đến hiệu quả hoạt động của bộ lọc N95. Ảnh hưởng của phương pháp xử lý chiếu xạ diệt khuẩn bằng tia cực tím (UVGI) đối với đặc tính lọc thổi tan chảy được minh họa trong Hình 9 A,B. Hiệu quả lọc của bộ lọc giảm sau 20 chu kỳ xử lý, trong khi 10 chu kỳ xử lý không ảnh hưởng nhiều đến hiệu quả của chúng. So sánh các mức hiệu suất lọc sau 10 chu kỳ xử lý sử dụng nhiệt (không/có độ ẩm) và UV được tóm tắt trong Hình 9 C,D. Từ so sánh, người ta đã kết luận rằng xử lý bằng nhiệt khô và bức xạ UV tốt hơn xử lý nhiệt bằng hơi ẩm trong việc duy trì hiệu quả của mảnh lọc.

Hình 9

6.2.3. Hydro Peroxide hóa hơi

Vai trò của hơi hydro peroxide như một phương pháp khử trùng đầy hứa hẹn là nó cho phép xử lý nhiều chu kỳ N95 trong khi vẫn đảm bảo tính toàn vẹn của bộ lọc mặt nạ ở mức chấp nhận được. Tuy nhiên, phương pháp này không thể áp dụng cho các kiểu máy N95 có chứa cellulose. Nó đang được sử dụng trong các cơ sở công nghiệp như Battelle (tối đa 20 chu kỳ) cũng như các bệnh viện riêng lẻ thông qua Sterrad (tối đa 2 chu kỳ) hoặc thiết bị Steris (tối đa 10 chu kỳ).

CDC khuyến nghị một số phương pháp khả thi, chẳng hạn như sử dụng hơi nước và hydro peroxide lỏng. Một số phương pháp không được khuyến nghị tái sử dụng, chẳng hạn như tẩy trắng và sử dụng cồn, ethylene oxide, khăn lau khử trùng, nước xà phòng, đun sôi và nướng nóng. Hơn nữa, khẩu trang N95 có nhiều biến thể, bao gồm các chất liệu và hình thức dây đeo khác nhau. Do đó, một phương pháp có thể hiệu quả với một loại mặt nạ này và không hiệu quả với những loại khác. Tuy nhiên, FDA đã thu hồi giấy phép sử dụng khẩn cấp này vào ngày 30 tháng 6 năm 2021.

7. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của mặt nạ

Khẩu trang N95 dùng một lần thường có thời hạn sử dụng là 5 năm, nghĩa là chúng có thể được sử dụng trong vòng 5 năm kể từ ngày sản xuất được in trên khẩu trang. Điều kiện bảo quản có thể đóng một vai trò trong hiệu quả của mặt nạ phòng độc N95. Theo thời gian, chất lượng vừa khít và độ kín của khẩu trang có thể bị ảnh hưởng do sự xuống cấp của các bộ phận như miếng giữ ở mũi và chất liệu dây đeo. Nên bảo quản khẩu trang trong bao bì ban đầu và tránh xa những khu vực ô nhiễm, khói bụi, nhiệt độ khắc nghiệt, độ ẩm quá cao và hóa chất độc hại. Ngoài ra, việc sử dụng, tái sử dụng hoặc tái xử lý khẩu trang trong thời gian dài sẽ ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của bộ lọc. Một số yếu tố chung ảnh hưởng đến khẩu trang N95 trong quá trình sử dụng hoặc điều kiện tái xử lý được mô tả trong các tiểu mục sau.

7.1. Nhiệt độ

Nhiệt độ khuyến nghị để bảo quản khẩu trang trong bao bì gốc là từ -20 đến 30°C. Tuy nhiên, trong quá trình khử nhiễm, hiệu quả lọc và sức cản dòng không khí vẫn còn nguyên vẹn ở khoảng 100°C sau thời gian tiếp xúc 10 phút. Khi nhiệt độ lên đến trên 125°C, hiện tượng phân rã tĩnh xảy ra, làm mất tính nguyên vẹn của bộ lọc. Do đó, trong điều kiện bảo quản lâu dài, nhiệt độ khắc nghiệt có thể ảnh hưởng đến hiệu quả lọc của khẩu trang.

7.2. Độ ẩm tương đối (RH)

Khả năng bắt giữ hạt của khẩu trang N95 không bị ảnh hưởng bởi độ ẩm (khi hít vào hoặc thở ra, RH 95%) trong thời gian dài. Tuy nhiên, độ ẩm có thể góp phần làm giảm điện tích của phương tiện lọc điện tử nếu mặt nạ được giữ liên tục trong điều kiện độ ẩm cao hơn trong hơn 2 tuần. Hơn nữa, khả năng chống thở tăng theo thời gian trong điều kiện ẩm ướt, thậm chí vượt quá mức tối đa 35mm H 2 O được NIOSH phê duyệt nếu đeo trong điều kiện này trong ca làm việc 8 giờ. Vì lý do này, nên sử dụng nhiều khẩu trang N95 trong ngày làm việc trong điều kiện ẩm ướt. Các nhà sản xuất đề xuất rằng điều kiện bảo quản đối với khẩu trang dùng một lần N95 không được vượt quá độ ẩm tương đối 80%.

7.3. Tốc độ dòng khí

Tốc độ dòng không khí ảnh hưởng đến hiệu quả thâm nhập hạt của mặt nạ N95. Người ta đã xác định rằng sự gia tăng tốc độ dòng chảy trên 85L/phút cho thấy khả năng thâm nhập cao hơn so với tốc độ dòng chảy thấp hơn 30L/phút. Sự gia tăng tốc độ dòng chảy qua bộ lọc hô hấp dẫn đến thời gian cư trú ngắn, dẫn đến giảm sự khuếch tán và lắng đọng hạt tĩnh điện trong bộ lọc. Do đó, một lượng lớn hạt dưới vi lượng kế có thể thấm qua môi trường điện cực của bộ lọc N95 ở tốc độ dòng chảy cao hơn.

7.4. Môi trường ô nhiễm

Môi trường ô nhiễm với mật độ hạt phân tử khí dung cao hơn có thể dẫn đến hiệu ứng tắc nghẽn trên bề mặt mặt nạ phòng độc N95 và do đó có thể dẫn đến giảm luồng không khí qua các lớp. Do đó, hiệu quả của phương tiện lọc giảm, dẫn đến tăng sức cản hô hấp. Tương tự như vậy, trong điều kiện ẩm ướt, sức cản hô hấp dường như giảm khi độ ẩm góp phần hình thành các cục đông tạo ra các kênh để không khí có thể lưu thông với sức cản ít hơn. Kích thước hạt phân tử khí dung là một yếu tố khác cần xem xét và khi kích thước hạt tăng lên, khả năng lọc của mặt nạ sẽ giảm đi.

7.5. Ánh sáng mặt trời/tia cực tím

Tiếp xúc với ánh sáng mặt trời/tia cực tím trong một thời gian dài làm suy giảm các polime được sử dụng để phát triển mặt nạ phòng độc N95 dùng một lần, điều này cuối cùng làm giảm khả năng lọc các khí dung sinh học truyền nhiễm của mặt nạ.

7.6. Hóa chất

Tiếp xúc với một số hóa chất, chẳng hạn như cồn, có thể làm hỏng điện tích tĩnh điện từ phương tiện lọc và sau đó làm giảm hiệu quả lọc của khẩu trang. Sự tích tụ của các khí dung hóa học trên bề mặt mặt nạ có thể dẫn đến kích ứng da và/hoặc đường hô hấp cho người đeo.

8. So sánh với các loại khẩu trang thương mại khác

Có nhiều loại khẩu trang thương mại trên thị trường, trong đó phổ biến nhất là khẩu trang vải và khẩu trang phẫu thuật (khẩu trang y tế). Việc so sánh giữa các loại khẩu trang được thực hiện dựa trên nhiều yếu tố, chẳng hạn như khả năng lọc, hiệu quả bịt kín, thiết kế, bản chất của các hạt, môi trường, v.v. Để hiểu mối quan tâm này, hiệu quả lọc của các loại khẩu trang/mặt nạ phòng độc khác nhau được thảo luận dựa trên trên 3 yếu tố chính sau:

1. Kích thước và đặc điểm của hạt mục tiêu và các yếu tố chủ yếu xác định mức độ của khả năng lọc;
2. Bản chất của môi trường, tức là nơi sử dụng mặt nạ; Và
3. Các loại, thiết kế và đặc điểm của mặt nạ/mặt nạ phòng độc và sự tương tác của chúng với các hạt có thể lọc được và khuôn mặt của người đeo.

Loại mặt nạ hoặc mặt nạ phòng độc được chọn dựa trên dạng hạt được thu thập. Một loạt các thử nghiệm đã được thực hiện để đánh giá hiệu suất của mặt nạ hoặc mặt nạ phòng độc, sau đó là lựa chọn dựa trên hiệu quả lọc và thâm nhập của chúng. Mặt nạ phẫu thuật được FDA cho phép mà không cần bất kỳ yêu cầu kiểm tra độ vừa vặn và kiểm tra niêm phong của người dùng, trong khi mặt nạ phòng độc N95 được kiểm soát và đánh giá bởi NIOSH (kiểm tra hiệu quả lọc và chênh lệch áp suất). OSHA yêu cầu kiểm tra dấu niêm phong của người dùng và kiểm tra độ vừa vặn theo 1910.134 khi bắt buộc phải đeo mặt nạ phòng độc tại nơi làm việc. Các thông số kỹ thuật này được mô tả bởi CDC và NIOSH. Để giải tỏa mặt nạ phẫu thuật, các nhà sản xuất gửi kết quả thử nghiệm về khả năng kháng chất lỏng, hiệu quả lọc hạt [đối với polystyrene latex (PSL) và các hạt khí dung chứa vi khuẩn Staphylococcus aureus], ​​hiệu quả lọc vi khuẩn, khả năng chống chất lỏng, chênh lệch áp suất và tính dễ cháy. Đối với mặt nạ phòng độc N95, số chứng nhận NIOSH đôi khi có thể được gửi thay vì thử nghiệm hiệu quả bằng cách sử dụng các thử nghiệm hiệu quả lọc hạt và hiệu quả lọc vi khuẩn. Sự kết hợp giữa khẩu trang phẫu thuật (khẩu trang y tế) và N95 FFR dẫn đến một dạng khẩu trang N95 tiên tiến có tên là N95 FFR phẫu thuật tuân thủ các thông số về khả năng chống lửa và khả năng chống chất lỏng được FDA phê chuẩn (một phương pháp theo tiêu chuẩn ASTM F1862). Tuy nhiên, không có bài kiểm tra hoặc yêu cầu tiêu chuẩn nào đối với khẩu trang vải và nhìn chung, chúng khác nhau giữa các quốc gia. Tương tự như vậy, tên sản phẩm liên tục thay đổi trên toàn thế giới trong khi thông số kỹ thuật không đổi. So sánh các đặc tính vật lý của các loại mặt nạ khác nhau được thể hiện trong Bảng 5.

Bảng 5. So sánh các đặc tính vật lý của các loại mặt nạ hoặc mặt nạ khác nhau

8.1. So sánh dựa trên kích thước và đặc điểm của hạt mục tiêu

Các nguồn gây ô nhiễm khác nhau tạo ra các hạt có kích thước khác nhau được khẩu trang vải, khẩu trang phẫu thuật, mặt nạ phòng độc N95 và N99, v.v., thu giữ ở các hiệu suất khác nhau. Ví dụ: Các nguyên tố được tạo ra từ polystyrene latex tạo ra các hạt nhỏ có kích thước từ 30 đến 500 nm. Kích thước của thể thực khuẩn T4 và B. subtilis tương đối lớn hơn và gần bằng kích thước của vi rút corona SARS (100 nm). Một nghiên cứu so sánh cho thấy rằng mặt nạ phòng độc N95 hoạt động tốt hơn trong việc loại bỏ B. subtilis so với thể thực khuẩn T4. Các hạt nhỏ hơn 100 nm (ví dụ: virion MS2) được thu thập bởi cả mặt nạ phòng độc loại N95- và N99. Tỷ lệ thâm nhập của khẩu trang N95 gần bằng với khẩu trang N99. Phát hiện này gợi ý rằng cả các hạt sinh học nhỏ hơn và lớn hơn đều được lọc hiệu quả qua khẩu trang N95. Tuy nhiên, cuộc điều tra này nên được xem xét một cách thận trọng và không được khái quát hóa vì nghiên cứu được thực hiện cho một mẫu N95 duy nhất so với hai mẫu N99 cụ thể. Người ta cũng phát hiện ra rằng, để thu thập các hạt lớn, khẩu trang vải được ưu tiên hơn so với N95, mặc dù vi rút và vi khuẩn có kích thước siêu nhỏ được N95 thu thập một cách hiệu quả, đó là mối quan tâm chính của Đánh giá này. Đường kính của coronavirus mới là 125 nm; do đó, trong ứng dụng cụ thể này, khi chọn bất kỳ phương tiện lọc nào, kích thước của hạt được nhắm mục tiêu cũng như sự điều chỉnh tốt giữa hạt và phương tiện lọc phải là mối quan tâm hàng đầu của chúng ta. Chọn khẩu trang N95 để sử dụng trong môi trường mà hầu hết các hạt được cho là ở dạng sương mù hoặc bụi không phải là một quyết định thông minh và có thể gây ra tình trạng thiếu nguồn cung cấp khẩu trang chuyên dụng này trong trường hợp nhu cầu cao do một số vấn đề như dịch bệnh. Kể từ đây, các hạt thuộc loại và phạm vi kích thước này có thể dễ dàng được lọc ra bằng khẩu trang vải hoặc mặt nạ chống bụi và hơi sương có giá thấp hơn mặt nạ loại N95. Do đó, các điều kiện tại nơi làm việc nên được xem xét để khuyến nghị sử dụng khẩu trang vải hoặc mặt nạ phòng độc N95 để bảo vệ khỏi mối nguy hiểm trong không khí.

FFR cho thấy hiệu suất tốt hơn so với khẩu trang phẫu thuật (khẩu trang y tế) trong việc thu thập các hạt vi rút. So sánh này được hỗ trợ bởi một tham số gọi là hệ số giảm, mô tả mức độ tiếp xúc với khí dung vi rút cúm sống là tỷ lệ nồng độ hạt bên trong và bên ngoài của mỗi mặt nạ. Gawn và cộng sự. nhận thấy rằng FFR được điều chỉnh phù hợp thể hiện hệ số giảm trung bình khi phơi nhiễm là 100, trong khi mặt nạ phẫu thuật cho thấy hệ số giảm trung bình là 6. Từ quan điểm này, FFR được coi là tác nhân phù hợp để loại bỏ vi-rút cúm hơn là khẩu trang phẫu thuật. Một yếu tố quan trọng khác để đánh giá hiệu suất của bất kỳ mặt nạ nào là yếu tố bảo vệ. Bất kỳ FFR nào có thể được sử dụng trong thiết bị bảo vệ cá nhân để che chắn khỏi COVID-19 phải có hệ số bảo vệ lớn hơn hoặc bằng 10. Rất tiếc, không phải mọi mặt nạ đều có khả năng cung cấp mức bảo vệ mong muốn này. Trong một nghiên cứu, gần 29% khẩu trang N95 và 100% khẩu trang phẫu thuật được phát hiện có hệ số bảo vệ <10 (hệ số bảo vệ do OSHA đặt ra cho loại khẩu trang đó), điều này gợi ý rằng không phải mọi N95 đều cung cấp mức độ bảo vệ chống lại vi khuẩn và vi rút như mong đợi. Tuy nhiên, nghiên cứu này gợi ý rằng N95 có thể được chọn để mang lại mức độ bảo vệ đáng kể khỏi vi-rút so với bất kỳ loại khẩu trang phẫu thuật nào. Để ngăn ngừa nhiễm trùng đường hô hấp cấp tính, một nhóm các nhà nghiên cứu khác đã không tìm thấy bằng chứng đầy đủ để chứng minh rằng khẩu trang N95 tốt hơn khẩu trang phẫu thuật để bảo vệ nhân viên y tế trong môi trường lâm sàng. Tuy nhiên, trong môi trường phòng thí nghiệm, họ chỉ ra rằng khẩu trang N95 bảo vệ tốt hơn khẩu trang phẫu thuật. Khi so sánh hiệu quả của khẩu trang vải tự chế với khẩu trang y tế trong các tình huống lâm sàng thực tế, hiệu quả của khẩu trang phẫu thuật (với tỷ lệ xuyên hạt là 44%) vượt trội hơn so với khẩu trang vải (tỷ lệ xuyên hạt là 97%).

8.2. So sánh dựa trên bản chất của môi trường

Ở tốc độ dòng không khí thấp hơn (∼8 L/h), khẩu trang phẫu thuật, khẩu trang N95 và khẩu trang vải có van thở ra cho thấy hiệu quả phân tách tương tự nhau. Về mặt loại bỏ các khí dung mang vi khuẩn và vi rút, N95 và R95 hoạt động tốt hơn so với khẩu trang phẫu thuật và mặt nạ phòng độc dạng sương và bụi (Bảng 6). Theo FDA, khả năng chống chất lỏng là một thông số quan trọng khác để đánh giá hiệu suất của mặt nạ phòng độc N95 so với mặt nạ phẫu thuật phổ biến và N95 FFR phẫu thuật tiên tiến. Thử nghiệm này có tác động đáng kể đến hiệu quả tổng thể của khẩu trang khi khẩu trang sẽ được sử dụng trong các điều kiện khắc nghiệt để bảo vệ các nhà cung cấp dịch vụ y tế khỏi hít phải khí dung truyền nhiễm và các tia/bắn dịch cơ thể trong khi cung cấp các cơ sở chăm sóc sức khỏe. Theo phương pháp ASTM F1862, hai vận tốc khác nhau đã được chọn (450 và 635 cm/s) và N95 FFR, mặt nạ phẫu thuật và N95 FFR phẫu thuật đã vượt qua thử nghiệm (Bảng 7) . Tuy nhiên, mức độ đạt của chúng có thể khác nhau tùy thuộc vào nguồn gốc và chất liệu của mặt nạ đang được kiểm tra.

Bảng 6. Hiệu quả thâm nhập hạt phần tử của các loại khẩu trang/mặt nạ phòng độc thương mại khác nha

Bảng 7. Hiệu suất lọc của các loại mặt nạ hoặc mặt nạ phòng độc thương mại khác nhau

8.3. So sánh dựa trên các loại, thiết kế và đặc điểm của mặt nạ/mặt nạ phòng độc

Thông thường, khẩu trang (ví dụ: khẩu trang vải và khẩu trang phẫu thuật) là thiết bị vừa vặn để bảo vệ tối thiểu khỏi các hạt trong không khí, trong khi hầu hết các mặt nạ được ôm sát vào mặt, giúp người dùng không hít phải các hạt độc hại và khí dung (bụi, khói và sương mù). Hơn nữa, nó bảo vệ người mặc khỏi các tác nhân lây nhiễm trong không khí. Mặt nạ phòng độc có bộ lọc bao gồm một mặt nạ và một thiết bị lọc. Một số mặt nạ phòng độc được trang bị van thở ra để mang lại sự thoải mái hơn cho người dùng bằng cách ngăn chặn sự ngưng tụ hơi nước bên trong mặt nạ và phun sương trên kính, đồng thời giúp người dùng thở ra dễ dàng. Đôi khi, khẩu trang vải phổ biến nhất cũng được thiết kế với loại van thở này để mang lại cảm giác thoải mái hơn. Cũng cần lưu ý rằng mặt nạ phòng độc có thể dùng một lần hoặc tái sử dụng, và trong nhiều trường hợp (ví dụ: mặt nạ phòng độc có thể tái sử dụng với hộp lọc có thể thay thế), hộp lọc có thể được thay thế khi lực cản hô hấp tăng lên, phát hiện thấy mùi hoặc chỉ báo ESL trên hộp lọc thay đổi màu.

Khẩu trang vải là loại khẩu trang được sử dụng rộng rãi nhất, đặc biệt là ở các nước đang phát triển. Điều này là do chúng không đắt, có sẵn tại địa phương và có thể giặt được. Khẩu trang vải này thường làm bằng vật liệu dệt tự nhiên hoặc tổng hợp được hỗ trợ bằng dây đai đàn hồi, có thể đeo sau đầu hoặc qua tai để duy trì sự điều chỉnh vừa vặn với khuôn mặt. Khẩu trang vải hoặc vải có thể có hoặc không có van thở. Khẩu trang vải có van thở hoạt động tốt hơn so với khẩu trang không có van thở đối với các hạt nhựa polystyrene latex (PSL) có kích thước 30–2500 nm. Đối với các hạt lớn hơn (1000–2500 nm), mặt nạ cho thấy hiệu suất lọc lên tới 94%, cao hơn nhiều so với hiệu quả khi thu thập các hạt nhỏ hơn (30–500 nm). Ngoài ra, đối với các hạt có kích thước khoảng 2500 nm, khẩu trang vải có lợi hơn một chút so với khẩu trang N95 theo tiêu chuẩn. Tóm lại, khẩu trang N95 sở hữu hai ưu điểm so với khẩu trang vải hoặc khẩu trang phẫu thuật đơn giản. Đầu tiên, khẩu trang này có khả năng lọc hơn 95% các hạt có kích thước 300 nm (nhỏ hơn kích thước 5000 nm của các giọt lớn, được tạo ra khi ho, nói chuyện, hắt hơi và thường phát tán virus). Thứ hai, mặt nạ phòng độc N95 phù hợp hơn với mặt nạ phẫu thuật bằng cách ngăn rò rỉ xung quanh mặt nạ.

Đối với việc sử dụng thực tế mặt nạ phòng độc hoặc mặt nạ, điều kiện thử nghiệm khi mặt nạ được NIOSH phê duyệt luôn giống với môi trường thực tế luôn được ưu tiên. Các yếu tố khác nhau quyết định tính hiệu quả của mặt nạ về mặt ứng dụng, ví dụ: Tư thế của người đeo và khả năng các hạt không mong muốn xâm nhập vào vùng lân cận mặt nạ thông qua rò rỉ (có thể do đeo không đúng cách vào mặt hoặc do chuyển động nhanh ngẫu nhiên của người mặc). Hệ số này được tính toán bằng cách sử dụng một tỷ lệ có tên là tỷ lệ rò rỉ trên bộ lọc của phớt mặt. Tỷ lệ rò rỉ của miếng đệm mặt trên bộ lọc là tỷ lệ của hai tốc độ thâm nhập khác nhau: (i) các hạt xuyên qua miếng đệm mặt và (ii) các hạt xuyên qua phương tiện lọc. Tỷ lệ này càng cao thì khả năng thâm nhập qua rò rỉ mặt đệm càng cao. Do đó, tỷ lệ này sẽ cao hơn nhiều so với 1. Hơn nữa, đối với khẩu trang N95 (7–20), tỷ lệ này cao hơn đáng kể so với tỷ lệ của khẩu trang phẫu thuật (4,8–5,8) xét về các hạt có kích thước thay đổi (30–1000 nm).

Nhiều nhà nghiên cứu đã đánh giá hiệu quả của các thiết bị lọc trong các điều kiện khác nhau về loại hạt, tốc độ dòng hạt và lựa chọn vật liệu lọc. Hình 10 minh họa một số nghiên cứu do các nhà nghiên cứu thực hiện nhằm đưa ra hướng lựa chọn phương tiện lọc tốt nhất có thể cho người dùng.
Hình 10

Hình 10 A cho thấy các giá trị hiệu quả lọc đối với N95 FFR, N95 FFR phẫu thuật và các mô hình SM sử dụng phương pháp NaCl, hiệu quả lọc vi khuẩn (BFE), hiệu quả lọc vi rút (VFE) và hiệu quả lọc hạt (PFE) được NIOSH phê duyệt. Các mẫu mặt nạ/mặt nạ phòng độc khác nhau đã được đánh giá và hình này thể hiện hiệu quả lọc trung bình. Cả hai mẫu N95 FFR và N95 dùng trong phẫu thuật đều cho thấy hiệu quả lọc hơn 98%. Tuy nhiên, cả hai mặt nạ đều cho thấy hiệu quả lọc NaCl thấp hơn một chút so với hiệu quả lọc được đối với vi khuẩn, vi rút và hạt vật chất. Tương tự, một số mẫu khẩu trang phẫu thuật có hiệu quả lọc thấp nhất đối với các hạt NaCl, dưới 90%.

Hình 10B cho thấy sự khác biệt trong việc lọc NaCl đa phân tán (kích thước xuyên thấu nhất 100–300 nm) bằng bốn mặt nạ/mặt nạ phòng độc, tức là N95; mặt nạ chống bụi, khói và sương mù (DFM); mặt nạ chống bụi và hơi sương (DM); và mặt nạ phẫu thuật (SM), với hai tốc độ dòng chảy khác nhau. Các hạt NaCl được điều chế bằng cách phun sương dung dịch NaCl. Hiệu suất tối thiểu được quan sát thấy ở kích thước hạt xuyên thấu nhiều nhất lần lượt là khoảng 96%, 92%, 82% và 71% đối với mặt nạ phòng độc N95, mặt nạ phòng độc DFM, mặt nạ phòng độc DM và mặt nạ phẫu thuật. Do đó, người ta kết luận rằng chỉ có mặt nạ phòng độc N95 đáp ứng yêu cầu về hiệu suất tối thiểu 95% theo các quy định tiêu chuẩn hóa. Tất cả những kết quả này thu được ở tốc độ dòng chảy cao hơn (85 L/phút). Tuy nhiên, hiệu suất của các mẫu thử cũng được kiểm tra ở tốc độ dòng chảy khác là 32L/phút, gần bằng 30L/phút thể hiện khối lượng công việc từ thấp đến trung bình. Ở tốc độ dòng chảy cụ thể này, cả N95 và SM đều cho thấy hiệu quả đối với mọi kích cỡ hạt trên 95%. Ngoài ra, hiệu quả lọc của hai loại mặt nạ phòng độc khác (DFM và DM) cũng được cải thiện so với hiệu suất được báo cáo là 85L/phút. Và thêm nữa, ở kích thước hạt nhỏ nhất được thử nghiệm (đường kính khí động học khoảng 150 nm), khẩu trang N95 có hiệu quả lọc cao nhất (98,8%) và khẩu trang phẫu thuật cho thấy hiệu quả lọc thấp nhất (80%), trong khi hiệu quả đo được tối thiểu là mặt nạ phòng độc DFM là khoảng 97%. Do đó, mặt nạ phòng độc DFM này có hiệu suất thu gom cao hơn mức tối thiểu 95% khi khối lượng công việc (32L/phút) thấp, nhưng nó không đáp ứng yêu cầu chứng nhận ở tốc độ dòng chảy cao hơn 85L/phút. Cần phải đề cập rằng mặt nạ phòng độc DFM và DM không còn được NIOSH phê duyệt từ năm 1995 khi 42 CFR 84 được phê duyệt. Tùy thuộc vào kích thước của hạt và nồng độ của nó trong môi trường, khi lựa chọn thiết bị bảo vệ đường hô hấp, cần duy trì sự cân bằng giữa chi phí và tính chọn lọc của thiết bị lọc. Tuy nhiên, luôn có khả năng nhỏ hơn hoặc bằng 5% để các hạt trong không khí xâm nhập qua phương tiện lọc của mặt nạ hoặc mặt nạ phòng độc và điều này cần được xem xét khi thiết kế thế hệ thiết bị mặt nạ lọc tiếp theo.

Hình 10 C cho thấy hiệu quả lọc của các loại khẩu trang vải được làm từ 8 loại vải gia dụng khác nhau để thu thập các hạt khí dung vi khuẩn (B. atrophaeus và vi khuẩn MS2). Mặt nạ làm từ túi máy hút bụi cho kết quả tương đương với mặt nạ phẫu thuật trong việc lọc vi khuẩn MS2. Tuy nhiên, độ dày và độ cứng cao của vật liệu túi máy hút bụi đã tạo ra áp suất giảm lớn trên vật liệu, khiến nó không phù hợp để sử dụng làm khẩu trang. Tương tự, khẩu trang làm từ vải khăn trà cũng cho hiệu quả giảm áp suất cao nhưng hiệu quả lọc tương đối cao với cả B. atrophaeus và thể thực khuẩn MS2. Mức giảm áp suất cao hơn cũng được quan sát thấy khi sử dụng hai lớp áo thun 100% cotton và vải vỏ gối; tuy nhiên, chúng mang lại cảm giác rất vừa vặn cho người mặc. Khẩu trang được làm từ chất liệu lụa và vải lanh cho thấy hiệu quả lọc tổng thể thấp nhất đối với hai hạt sinh học này.

Như đã đề cập trong phần này, khẩu trang vải và khẩu trang phẫu thuật đeo thoải mái hơn so với khẩu trang N95. Mặt khác, khẩu trang N95 vừa vặn và bảo vệ tốt hơn so với khẩu trang vải và khẩu trang phẫu thuật. Khả năng xâm nhập của các hạt và khí dung qua khẩu trang vải cao hơn nhiều so với khẩu trang N95; do đó, sử dụng khẩu trang vải sẽ không hiệu quả để bảo vệ khỏi các hạt này. Cả mặt nạ phẫu thuật và mặt nạ phòng độc N95 đều hoạt động tốt trong việc chống lại các hạt trong không khí; tuy nhiên, loại thứ hai hoạt động tốt hơn với các hạt nhỏ hơn và tính thấm của khí dung. Tuy nhiên, nên sử dụng mặt nạ phòng độc N95 một cách cẩn thận vì chúng có thể không phải lúc nào cũng cung cấp đủ độ an toàn trước các hạt khí dung nhỏ hơn 300nm.

9. Hạn chế, các mối quan tâm và phạm vi cải thiện hiệu quả hoạt động

Để khắc phục những thách thức và hạn chế của việc sử dụng khẩu trang N95, chúng tôi đề xuất một số hướng tiềm năng cho nghiên cứu trong tương lai trong lĩnh vực này.

Nhiều nhà nghiên cứu đã kết luận rằng hầu hết các hạt xâm nhập xâm nhập qua lỗ rò rỉ ở mặt chứ không phải là phương tiện lọc của mặt nạ phòng độc N95. Rò rỉ tối thiểu với hiệu quả hô hấp tốt hơn có thể được thiết lập thông qua việc lắp mặt nạ phù hợp với khuôn mặt của người dùng. Thật không may, nhiều mặt nạ phòng độc N95 trong thương mại có vấn đề không vừa vặn do thiết kế phức tạp của chúng. Do đó, thiết kế khẩu trang phù hợp là cần thiết. Việc thiết kế khẩu trang tập trung vào độ tuổi của người đeo, hình dạng khuôn mặt và vị trí sử dụng khẩu trang có thể cải thiện hiệu suất tổng thể và mức độ phổ biến của khẩu trang N95. Tuy nhiên, rất ít nhà sản xuất xem xét khả năng sử dụng và nhu cầu đối với loại khẩu trang này giữa các nhóm người khác nhau, đặc biệt là khi bệnh viện đang cung cấp dịch vụ cho mọi đối tượng ở các độ tuổi khác nhau; ví dụ, các đặc điểm khuôn mặt đo khớp của trẻ em có thể khác với hình dạng khuôn mặt tiêu chuẩn của người lớn mà nhà sản xuất mặt nạ phòng độc sử dụng khi thiết kế sản phẩm của họ. Xem xét tình hình COVID-19, có khả năng dịch bệnh sẽ ảnh hưởng đến các bệnh nhân, bác sĩ hoặc y tá khác nếu mặt nạ phòng độc không vừa với khuôn mặt của người bị nhiễm bệnh. Lý do phổ biến nhất cho kiểu lây truyền này là ô nhiễm môi trường do rò rỉ hạt từ miếng bịt kín mặt của người bị nhiễm bệnh do khẩu trang được chọn hoặc lắp không đúng cách. Tuy nhiên, cần nghiên cứu thêm để xác định lý do chính xác của sự rò rỉ và ảnh hưởng của nó đối với việc truyền vi-rút. Ngoài ra, có khả năng những vi-rút này xâm nhập qua khẩu trang dưới dạng khuếch tán chất lỏng nhờ hoạt động mao dẫn, đặc biệt là do không khí thở ra (của người đeo) rất có thể làm ướt khẩu trang. Phần trăm độ ẩm trong không khí thở ra cao hơn khiến hơi nước bị giữ lại trong các sợi của mặt nạ. Hơn nữa, những giọt bắn ra khi nói đẩy nhanh quá trình thấm ướt, và do đó, hành động thở tạo điều kiện cho sự xâm nhập. Trong các hành động thở định kỳ, mặt nạ sẽ thu thập vi-rút, đặc biệt là khi tiếp xúc với các giọt bị ô nhiễm trong không khí. Loại môi trường ẩm ướt bên trong mặt nạ này cũng khiến người đeo mặt nạ phòng độc N95 ít thoải mái hơn. Sử dụng van thở ra sẽ tạo sự thoải mái cho người dùng khi thở và giảm thiểu độ ẩm bên trong mặt nạ. Tuy nhiên, van thở ra này cũng là nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường khi mở ra để thải các hạt bụi ra bên ngoài hệ hô hấp. Hơn nữa, việc thêm phần bổ sung này có thể làm tăng giá chung của mặt nạ phòng độc. Do đó, việc phát triển một thiết kế phù hợp là cần thiết để giảm thiểu những vấn đề này.

Mục tiêu chính của việc sử dụng bất kỳ mặt nạ phòng độc hoặc mặt nạ nào là cung cấp mức độ bảo vệ mong muốn cho người đeo hoặc môi trường để ngăn ngừa ô nhiễm bởi các hạt không mong muốn. Về điểm này, OSHA đã đặt hệ số bảo vệ được chỉ định (APF) ở mức 10 cho các FFR dùng một lần bất kể chỉ định bộ lọc khi được sử dụng trong một hệ hô hấp hoàn chỉnh, bao gồm lựa chọn FFR thích hợp và kiểm tra độ vừa vặn. Ngoài ra, bất kỳ sự rò rỉ nào giữa mặt nạ phòng độc N95 và mặt của người đeo có thể khiến mặt nạ này dễ bị hạt xâm nhập hơn do rò rỉ. Sự thâm nhập thông qua rò rỉ này thay đổi theo kích thước hạt (từ <3% đối với các hạt 1000nm đến 5% đối với các hạt 100nm), điều này thực sự hạn chế ứng dụng của nó để thu thập các hạt sinh học và phi sinh học có phạm vi thay đổi. Hơn nữa, khẩu trang được chế tạo bằng cách sử dụng các lớp sợi không đan kẽ, có thể giải phóng các sợi siêu nhỏ khi ở gần môi trường ẩm ướt và nhiều mồ hôi bên trong khẩu trang, tạo ra khả năng bị ảnh hưởng bởi một số bệnh phế quản về lâu dài. Các nhà nghiên cứu không khuyến khích một số phương pháp hiện tại sử dụng van thở ra có đeo khẩu trang vì không khí thở ra được thải trực tiếp ra môi trường sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho sự lây lan của vi rút corona. Vấn đề này đã trở thành một mối quan tâm lớn đối với các nhà sản xuất. Do đó, cân bằng sự thoải mái của người dùng với chi phí và sự an toàn tuyệt đối là một thách thức chính đối với các nhà nghiên cứu khi thiết kế mặt nạ phòng độc N95 để loại bỏ COVID-19.

Về thiết kế bên trong, một số phương pháp có thể cải thiện khả năng sử dụng và hiệu quả của khẩu trang. Sử dụng bộ lọc hiệu suất cao (tức là N100, R100, P100) dưới dạng một lớp riêng biệt có thể cải thiện tuổi thọ và hiệu quả của mặt nạ phòng độc. Một lựa chọn khác có thể là bổ sung lớp loại khẩu trang phẫu thuật dùng một lần ở bề mặt ngoài của khẩu trang N95, lớp này sẽ cải thiện hiệu quả thu thập của khẩu trang mà không tạo ra lực cản hô hấp cho người đeo, cũng như cải thiện khả năng sử dụng khẩu trang lâu dài. Ngoài ra, sợi xen kẽ có độ thấm hạt không mong muốn thấp hơn và độ thấm khí tốt hơn cũng sẽ cải thiện hiệu quả thu gom của mặt nạ phòng độc. Tuy nhiên, cần phải điều tra chi tiết để chọn vật liệu và thiết kế của lớp xen kẽ mà không ảnh hưởng đến chất lượng hô hấp. Ngoài ra, tạo ra một tấm chắn chống thấm nước ở bên ngoài và bên trong mặt nạ phòng độc N95 sẽ tăng khả năng chống ẩm và hiệu quả tổng thể của nó.

Các vật liệu như lụa tự nhiên, vải voan (90% polyester, 10% vải Spandex) và vải flannel (65% cotton, 35% polyester pha trộn) có thể có khả năng lọc tĩnh điện tốt đối với các hạt. Konda và cộng sự tìm thấy sự bảo vệ tốt trên phạm vi hạt 10–6000nm bằng cách sử dụng bốn lớp lụa. Kết hợp các lớp để tạo thành khẩu trang hỗn hợp và tận dụng lọc cơ học và tĩnh điện có thể là một phương pháp hiệu quả, ví dụ: Bông có số lượng sợi chỉ cao kết hợp với hai lớp lụa tự nhiên hoặc voan hoặc hai lớp bông xếp lớp bông-polyester. Konda và cộng sự nhận thấy hiệu quả lọc đầy hứa hẹn (>80% đối với các hạt có kích thước <300 nm và >90% đối với các hạt có kích thước >300 nm) trong tất cả các trường hợp này. Đặc biệt, bông được đan có đánh bóng mang lại hiệu suất vượt trội 96 ± 2% (10–300nm) và 96,1 ± 0,3% (300–6000nm) ở kích thước hạt nhỏ do tính chất xơ rất rối của nó. Những loại khẩu trang lai này có thể là giải pháp tạm thời trong trường hợp nhu cầu khẩu trang N95 tăng cao. Hơn nữa, nếu giá thành của các loại khẩu trang này có thể hạ thấp hơn so với khẩu trang N95, chúng có thể được khuyến nghị sử dụng đại trà sau khi điều tra cẩn thận về hiệu quả thu thập, độ vừa vặn, khả năng chống thở, v.v., đặc biệt đối với những người có nguy cơ cao.

Tăng điện tích tĩnh điện trong khẩu trang N95 là một cách tiềm năng để tăng hiệu quả của khẩu trang. Một trong những lựa chọn có thể là thiết kế lại các vật liệu dạng sợi của lớp giữa của khẩu trang. Các polyme tạo sợi khác nhau có mật độ điện tích cao hơn có thể được sử dụng để chế tạo các bộ lọc mặt nạ dạng sợi. Điện tích bổ sung có thể được cung cấp cho các vật liệu này bằng cách áp dụng một điện trường bên ngoài. Ngoài ra, việc pha trộn các polyme khác nhau hoặc kết hợp các chất phụ gia phù hợp cũng có thể giúp đạt được các đặc tính tĩnh điện mong muốn. Ngoài ra, hiệu suất của mặt nạ có thể được cải thiện bằng cách thay đổi môi trường nơi mặt nạ sẽ được sử dụng. Loại thay đổi này là thực tế khi các nhân viên y tế làm việc trong môi trường có chất lượng không khí được xác định trước. Một cách để cải thiện hiệu suất của mặt nạ phòng độc hoặc mặt nạ là sạc các ion ở vùng lân cận mặt nạ để tạo ra một lớp bảo vệ có cùng điện tích trên bề mặt bên ngoài của mặt nạ sẽ đẩy lùi vi rút xâm nhập. Nhìn chung, phát hiện này ủng hộ việc giới thiệu một tấm chắn tĩnh điện ở bề mặt bên ngoài của khẩu trang.

Tái sử dụng khẩu trang N95 có thể là lựa chọn tốt nhất để giảm thiểu cuộc khủng hoảng nguồn cung liên tục cho các nhân viên y tế trong tình huống đại dịch. Tuy nhiên, một số báo cáo cho rằng khẩu trang mất hiệu quả hoạt động trong hầu hết các quy trình khử trùng. Một trong những lý do làm giảm hiệu quả này là do việc loại bỏ hoặc trung hòa điện tích bề mặt trong quá trình xử lý khử trùng. Khử trùng bằng nước xà phòng bị cấm đối với mặt nạ này; thay vào đó, các nhà khoa học muốn người dùng rửa tay thường xuyên bằng xà phòng. Một phương pháp phổ biến khác để tái sử dụng khẩu trang là thực hiện xử lý nhiệt, mặc dù các nhà nghiên cứu vẫn chưa báo cáo về việc khử hoạt tính bằng nhiệt khô của loại vi-rút này. Tuy nhiên, nhiệt (≤85 °C) trong các độ ẩm khác nhau (độ ẩm tương đối ≤100%, RH) đã được báo cáo là phương pháp thân thiện với người dùng, không phá hủy và hứa hẹn nhất để khử trùng khẩu trang N95 mà không ảnh hưởng đến hiệu quả hoạt động của chúng trong ít nhất 50 chu kỳ của xử lý nhiệt. Việc sử dụng các nguồn bức xạ có sẵn là một phương pháp khả thi khác để khử trùng khẩu trang đã sử dụng. Trong nhiều trường hợp, dây đeo và mặt nạ có thể bị hỏng do bức xạ loại UV–C ở liều lượng cao (≥120J/cm). Hơn nữa, UV–C không có khả năng tiêu diệt virus bị mắc kẹt ở phần bên trong khẩu trang, có khả năng ảnh hưởng đến người dùng ở lần sử dụng tiếp theo. Ngoài những hạn chế của bức xạ UV, việc sử dụng bức xạ γ hoặc UVGI có thể là một phương pháp đầy hứa hẹn để tái tạo mặt nạ phòng độc mà không làm suy giảm vật liệu polyme của chúng. CDC cảnh báo rằng “UVGI không có khả năng tiêu diệt tất cả vi-rút và vi khuẩn trên mặt nạ phòng độc có bộ lọc do hiệu ứng tạo ra bởi nhiều lớp cấu tạo của mặt nạ có bộ lọc.” Về mặt sử dụng phương pháp hóa học, hydrogen peroxide có khả năng khử trùng mặt nạ phòng độc và phương pháp này cũng đi kèm với kết quả kiểm tra độ vừa vặn sau điều trị thành công. Hơi hydro peroxide vô hiệu hóa vi-rút corona và không làm giảm hiệu quả của bộ lọc, khớp hoặc dây đai ngay cả sau 20 chu kỳ xử lý. Một trong những phương pháp tốt nhất có thể để tái sử dụng mặt nạ phòng độc N95 trong tối đa 72 chu kỳ mà không làm hỏng các đặc tính cơ học và hiệu quả lọc là sử dụng ôzôn trong các điều kiện được kiểm soát. Tuy nhiên, những công nhân khử trùng khẩu trang bằng ozone có thể gặp các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng, do đó hạn chế sử dụng phương pháp này ở quy mô thương mại. Các buồng ôzôn với các biện pháp kiểm soát được thiết kế phù hợp có thể được sử dụng một cách an toàn để khử trùng FFR bằng cách loại bỏ nguồn phơi nhiễm cho công nhân. Nhiều quy trình trong số này có thể ảnh hưởng đến điện tích tĩnh điện của môi trường lọc. Tuy nhiên, một kỹ thuật đơn giản có thể được phát triển để điện khí hóa mặt nạ bằng điện trường bên ngoài để khôi phục hiệu quả ở mức độ lớn hơn. Một vấn đề khác liên quan đến việc tái sử dụng mặt nạ là hiệu suất vừa vặn của chúng sau lần sử dụng đầu tiên, bởi vì các yếu tố phù hợp ảnh hưởng đến hiệu suất bảo vệ tổng thể của những mặt nạ này. Có bằng chứng về sự sụt giảm hệ số vừa vặn trung bình của mặt nạ phòng độc phù hợp nhất mà những người tham gia đeo sau các quy trình điều dưỡng. Một cách khả thi để thực hiện quá trình tái tạo này có thể bao gồm nhiều bước xử lý thay vì một bước duy nhất. Ví dụ, bức xạ như UV–C có thể được áp dụng khi bắt đầu quy trình trong khi giấu đi dây đeo dễ bị tổn thương, sau đó, một phương pháp xử lý ôzôn ngắn hạn có thể được áp dụng để loại bỏ phần còn lại của vi rút khỏi cả dây đai và bên trong và bên ngoài. phần bên ngoài của mặt nạ. Bằng cách tuân theo quy trình xử lý ozone trong thời gian ngắn này, nguy cơ tổn hại sức khỏe đối với người lao động có thể được giảm thiểu so với việc tiếp xúc lâu dài với một bước. Hơn nữa, các ứng dụng liên tiếp của các phương pháp không phản ứng sẽ không cản trở hiệu quả tổng thể của các phương pháp điều trị đơn lẻ. Trên hết, khi đề xuất bất kỳ quy trình khử trùng nào, nhà nghiên cứu cũng nên đánh giá cẩn thận mọi tác động có thể có của quy trình đối với các yếu tố phù hợp với mặt nạ phòng độc.

Quá trình đánh giá hiệu suất nên được cập nhật. Cho đến nay, mặt nạ phòng độc N95 đã được thử nghiệm bằng cách sử dụng các hạt phi sinh học làm khí dung, mặc dù việc sử dụng mặt nạ phòng độc thường nhằm mục đích giảm tiếp xúc với các hạt sinh học. Hơn nữa, thử nghiệm chứng nhận NIOSH dựa trên người ma-nơ-canh giúp loại bỏ rò rỉ mặt nạ phòng độc khi đối tượng đeo thiết bị bảo vệ hô hấp cá nhân. Tuy nhiên, giao thức này không thể mô phỏng các điều kiện thực tế trong quá trình sử dụng của con người, chẳng hạn như dịch chuyển mặt nạ do cử động cơ thể không đều, cử động cơ mặt hoặc tích tụ các giọt nước từ miệng. Do đó, trong cuộc sống thực, rò rỉ có thể dẫn đến sự xâm nhập của hạt tăng lên đáng kể. Tất cả các yếu tố này phải được đưa vào yêu cầu thử nghiệm chứng nhận NIOSH để đánh giá hiệu quả hoạt động thực sự của khẩu trang. Các tiêu chuẩn quốc tế hiện hành về kiểm tra hiệu quả đối với mặt nạ phòng độc tập trung vào việc đo lường hiệu quả tối thiểu ở kích thước hạt xuyên thấu nhất. Tuy nhiên, một số hệ thống thử nghiệm thương mại cung cấp khả năng đo các hạt trong phạm vi 15nm có thể được sử dụng để cải thiện các phương pháp thử nghiệm đối với các hạt ở cấp độ nanomet một chữ số. Việc phát triển các phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn để xác định hiệu quả của phương tiện lọc đối với các hạt trong không khí ở phạm vi nanomet một chữ số là nhu cầu thiết yếu để kiểm soát chính xác hơn kỹ thuật đánh giá hiệu suất.

Mặt nạ phòng độc hoặc mặt nạ được thiết kế để thu thập các hạt có đường kính thay đổi. Hiệu suất thu thập của mặt nạ chủ yếu phụ thuộc vào mật độ của các hạt và khí dung trong không khí. Các hạt tích tụ quá mức có thể tạo ra rào cản đối với hiệu suất lọc của phương tiện lọc. Đáng chú ý, khẩu trang được sử dụng ở những khu vực tập trung nhiều vi-rút hoặc vi khuẩn có kích thước nano hơn, trong môi trường kín hoặc trong điều kiện khối lượng công việc nặng nhọc có thể không mang lại sự bảo vệ như mong muốn cho người đeo. Trong những trường hợp này, quá trình tái tạo khí dung của vi-rút có thể là một vấn đề quan trọng trong một số không gian làm việc. Thông thường, không có quá trình tái tạo khí dung từ mặt nạ phòng độc N95 xảy ra trong điều kiện làm việc bình thường. Tuy nhiên, có bằng chứng đáng kể về quá trình tạo khí dung của vi khuẩn và các hạt khác từ mặt nạ phòng độc N95 khi tiếp xúc với các điều kiện như hắt hơi và ho hoặc thở ra với tốc độ cao hơn liên quan đến điều kiện làm việc nặng nhọc, đặc biệt là khi mặt nạ chứa nhiều khí dung. Sự tái tạo khí dung có thể xảy ra khi người đeo ho hoặc hắt hơi với tốc độ không khí thở ra vượt quá 25 lần tốc độ thở qua mặt nạ trong điều kiện khối lượng công việc nặng. Ở những điều kiện này, có khả năng các hạt, đặc biệt là các hạt lớn hơn, sẽ quay trở lại môi trường từ mặt nạ (đã mắc kẹt vào trước đó). Áp suất không khí âm trong phòng được sử dụng như một kỹ thuật cách ly trong bệnh viện có thể tạo điều kiện cho quá trình tái tạo khí dung nhanh hơn nữa. Các kỹ sư sản xuất có thể nhấn mạnh việc thiết kế lại mặt nạ phòng độc để giảm thiểu những vấn đề này. Sử dụng các loại vải phù hợp để cố định bình xịt mang vi-rút có thể là một lựa chọn. Vải không đan kẽ có nhiều đặc tính đông khô hơn có thể mang lại khả năng thu gom tốt hơn các hạt chứa vi-rút và sẽ ít bị tái tạo khí dung hơn. Hơn thế nữa,coronavirus là một loại vi-rút có vỏ bọc và lớp lipid kép của nó là yếu tố quyết định sự sống sót chính của nó, bởi vì vi-rút có hàm lượng lipid cao hơn sẽ tồn tại tốt hơn trong điều kiện độ ẩm thấp hơn. Đưa chất hút ẩm vào chất liệu vải để tăng đặc tính giữ ẩm mà không ảnh hưởng đến hiệu suất của mặt nạ có thể hữu ích trong việc giảm tuổi thọ của các hạt vi rút.

Xử lý plasma là một phương pháp hậu xử lý đầy hứa hẹn mang lại cơ hội đạt được chức năng hóa bề mặt độc đáo trên các chất nền khác nhau. Bề mặt của vật liệu không đan kẽ ưa nước có thể được biến đổi bằng cách xử lý plasma để thu được các đặc tính siêu kỵ nước với hiệu suất chức năng nâng cao của sản phẩm cuối cùng. Xử lý này là một quá trình thân thiện với môi trường với chi phí sản xuất thấp. Sự sửa đổi này chỉ xảy ra ở các lớp phân tử phía trên của chất nền mà không làm thay đổi tính chất khối của vật liệu; do đó, nó có thể dễ dàng được sử dụng trong các ứng dụng như khử trùng, tăng cường tính kỵ nước và tính kháng khuẩn, đồng thời cải thiện tính chất bám dính của vải không đan kẽ. Phương pháp này nên được nghiên cứu để khử trùng mặt nạ đã qua sử dụng để tái sử dụng.

Do sự thiếu hụt toàn cầu, việc tái sử dụng và đeo khẩu trang trong thời gian dài đã làm gia tăng mối lo ngại về ô nhiễm vi khuẩn. Lớp phủ kháng khuẩn trên bề mặt của mặt nạ phòng độc có thể là giải pháp khắc phục vấn đề này. Kumaran cùng cộng sự đã tìm thấy các hoạt động kháng khuẩn tuyệt vời của mặt nạ phòng độc N95 được phủ bề mặt, không phụ thuộc vào các chế độ truyền (giọt nhỏ và khí dung), thành phần trung bình và đặc tính làm ướt. Zhong và cộng sự đã phát triển mặt nạ phòng độc N95 được phủ lớp siêu thấm nước đầy cảm hứng có chứa các hạt nano bạc, sở hữu khả năng bảo vệ tốt hơn đáng kể so với mặt nạ hiện có. Tác dụng tổng hợp của lớp phủ siêu kỵ nước và sự hiện diện của các hạt nano bạc ngăn không cho các giọt hô hấp chứa nước tích tụ trên bề mặt khẩu trang cũng như khử trùng đối với vi khuẩn. Những kết quả này thúc đẩy các nhà nghiên cứu kết hợp lớp phủ chống vi khuẩn và siêu kỵ nước và/hoặc xử lý plasma để phát triển mặt nạ phòng độc tốt hơn nhằm chống lại đại dịch COVID-19.

Có lo ngại về nguy cơ sử dụng sai hoặc gây thương tích, và khả năng chống thở cao của mặt nạ phòng độc sẽ khiến trẻ khó đeo chúng trong thời gian dài. Hơn nữa, khẩu trang N95 dành cho người lớn cho thấy khả năng thâm nhập nội tại (15–50%) của các hạt có kích thước dưới micron để sử dụng cho trẻ em. Do hiện tại thiếu các lựa chọn khác cho trẻ em, thiết kế khẩu trang nên được mở rộng để sử dụng cho trẻ em, giúp giảm khả năng lây nhiễm trong các tình huống khẩn cấp. Theo đề xuất của Guha và cộng sự, việc phát triển khẩu trang dành cho các đặc điểm nhân trắc học cụ thể của trẻ em là một giải pháp thay thế khả thi để tăng mức độ bảo vệ.

10. Nhận xét và kết luận

Việc lọc các hạt nano trong không khí là rất quan trọng để giảm sự lây truyền của các hạt vi rút trong không khí qua đường hô hấp. Một đánh giá của các tài liệu cho thấy rằng tiến bộ đáng kể đã được thực hiện trong việc tìm hiểu quá trình lọc hạt nano trong lĩnh vực bảo vệ bệnh trong không khí trong những năm gần đây. Mặc dù có báo cáo về sự thiếu ưu việt rõ ràng của khẩu trang N95 so với khẩu trang vải trong một số nghiên cứu, nhưng phần lớn các nhà nghiên cứu khẳng định khẩu trang N95 có hiệu suất tốt hơn so với khẩu trang hoặc khẩu trang phẫu thuật, nếu được sử dụng đúng cách và không bị rò rỉ niêm phong, không có mắt biện pháp bảo vệ đang được sử dụng hoặc trong các trường hợp lây nhiễm từ các nguồn bên ngoài cơ sở chăm sóc sức khỏe. Sau khi xem xét tài liệu mở rộng được trình bày ở đây, chúng tôi tin rằng có nhiều cách tiềm năng để cải thiện hiệu quả hoạt động của mặt nạ phòng độc N95 từ giai đoạn sản xuất sang giai đoạn tái sử dụng. Các đề xuất được đưa ra ở đây sẽ hữu ích cho việc quyết định chiến lược tốt nhất để hỗ trợ khả năng phục hồi của các hệ thống chăm sóc sức khỏe đối mặt với đại dịch COVID-19 có khả năng gây thảm họa cũng như chuẩn bị để kiểm soát tốt hơn bất kỳ đợt bùng phát dịch bệnh nào trong tương lai. Chúng tôi hy vọng rằng đánh giá này sẽ hữu ích cho những người quản lý cuộc khủng hoảng hiện tại bằng cách cải thiện hiệu quả tái sử dụng của mặt nạ phòng độc N95.