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今天我們要請到的是來自哈佛和麻省理工學院的研究人員，他們成立了一個公司，批量生產一種更有效的日常使用的三層口罩。我們看看關于口罩的一些創(chuàng)新研發(fā)。

Ultra Fit口罩

任何戴眼鏡的人都知道，普遍存在的藍色褶皺口罩會向上泄漏水汽，盡管鼻梁條的設計符合鼻子的形狀。

不太明顯的是口罩側面和底部的泄漏，打噴嚏或咳嗽可能會多次增加泄露。雖然三層一次性口罩為佩戴者和其周圍的人提供了一些防護，但對所有人來說，它應變得更安全。

這是由來自布萊根和婦女醫(yī)院、哈佛大學、麻省理工學院(MIT)和麻省總醫(yī)院的研究人員組成的研究團隊得出的結論。他們著手開發(fā)一種更實用的日常使用口罩，可進行批量生產，并以可比價格進行銷售。（他們最近發(fā)布了一份關于他們在medRxiv上的研究的未經(jīng)同行評議的預印本。）

一對老朋友，生物工程師Jeffrey Karp和醫(yī)生-科學家Anthony Samir接受了該挑戰(zhàn)。Karp在布萊根主管一個同名的醫(yī)學工程實驗室，而Samir在麻省總醫(yī)院管理一個實驗室到床邊的生物工程實驗室和研究中心。這兩家波士頓機構于2020年3月成立了麻省總醫(yī)院布萊根COVID創(chuàng)新中心。他們委派Karp和Samir領導一個N95口罩工作組來解決困擾醫(yī)務工作者的N95短缺問題。

盡管當時科學家尚未證實，但這兩個人很快意識到SARS-CoV2冠狀病毒的傳播很可能是基于氣溶膠的，每個人都需要佩戴口罩來控制病毒的傳播。

他們的挑戰(zhàn)是在社區(qū)范圍內提供有效防護，不僅防護微小病毒顆粒，而且防護人們在咳嗽或打噴嚏時傳播的較大顆粒。因此，他們召集了一組美國和英國過濾專家來討論可提供N95級過濾水平的材料。

他們得出的結論是，日常使用的三層外科口罩中使用的聚丙烯類型在過濾氣溶膠方面非常有效，材料也豐富且價格低廉。但普通的外科口罩有一個明顯的缺陷——它們不能恰當貼合面部，在吸氣過程中，約40%未過濾的外部空氣進入口罩內部。同樣，約40%的佩戴者的未過濾呼氣可以通過口罩邊緣的縫隙逸出。因此，團隊決定重點使用相同的材料重新設計這些口罩，以大幅減少泄漏。

這意味著將鼻梁條延伸到面罩周圍，使耳掛繩可調。Samir最近表示，這些改變使他們的新型Ultra Fit口罩能夠貼合任何人的面部。

Samir補充道：“在這樣做的過程中，我們能夠顯著改善口罩的性能，因此在新手用戶中，泄漏平均可下降4倍以上。”“因此，對于大多數(shù)人，泄漏率可從40%降低至低于10%，對于有經(jīng)驗的用戶，大部分人的泄漏率低于5%。對于泄漏率40%的口罩而言，這是一項非常非常重大的改進。”

研究人員——還包括牛津大學前生物設計研究員Daryl Chulho Hyun、博士后研究員Martin Jensen和其他人員——他們做出了一個更重大的改變。他們在內緣附近增加了一個翼片，在霧化液滴漏出口罩之前將其捕集。當佩戴者咳嗽或打噴嚏時，由紡粘/熔噴聚丙烯復合材料制成的法蘭將翼片推向面部。他們使用熱成像和激光散射液滴成像進行了大量測試，以測量翼片的性能。測試表明，口罩周圍未過濾呼氣的泄漏量大幅減少。

Hyun對大量的口罩迭代進行了原型制作，并對它們進行了反復的測試，以獲得高性能、低成本的口罩。Karp和Samir隨后招募了總部位于波士頓的哈利米勒公司(Harry Miller Co.)的CEO Hank Miller，該公司是一家擁有100年歷史的紡織品制造商，負責原型制作和開展制造計劃。他們還請來了麻省理工學院博士機械工程師和連續(xù)創(chuàng)業(yè)者Steven Gordon，幫助他們研究如何批量生產新口罩，并運營一家公司來制造和分銷它。

Gordon于1987年在馬薩諸塞州劍橋成立了一家名為Intelligent Automation Systems的公司，用于開發(fā)自動化制造系統(tǒng)，幫助維持在美國的生產制造。2002年Brooks Automation(NSDQ：BRKS)收購了Intelligent Automation后，Gordon聯(lián)合創(chuàng)辦了Intelligent Bio-Systems，其開發(fā)了DNA測序儀器、試劑和軟件系統(tǒng)。Qiagen(NYSE：QGEN)于2012年收購了Intelligent Bio-Systems。

Katharos Labs的CEO Gordon表示：“我能夠為口罩的設計做出貢獻，當我第一次涉及該工作時，口罩還處于初級階段，現(xiàn)在到了可以大批量生產的地步。“當他們開發(fā)口罩時，他們有一根長的扁條，可被彎曲成各種瘋狂的形狀……這種做法確實有效，但制造這種產品將是一場夢魘。”

Gordon建議使用單獨的扁條跨越面罩的每一側，從一角到另一角，并用耳掛繩將其拉緊。他解釋表示，這之后，佩戴者可以通過調整可變長度的耳掛繩，將扁條按在臉部，得到量身定制的、緊密貼合的、達成密封的口罩。

卡爾普補充道：“我們認為，這可以用于學校、音樂會或婚禮、機場、飛機上、公共交通和工作場所等。”“我認為，這種口罩的一個絕妙之處在于，每個人都能將其貼合自己的臉部，而且它是真正個性化的，一旦你將其固定到位，它不僅具有更強的防護作用——你實際上也可以感覺到這種作用的存在。”

Gordon、Hyun、Karp、Miller和Samir于2020年10月成立了一家名為Katharos Labs公司（“Katharos”在希臘語中的意思是“純度”），負責制造和銷售Ultra Fit口罩。

Katharos的領導者選擇在中國開始制造，因為中國擁有強大的外科口罩生產基礎設施。然而，他們的計劃是利用Gordon的專業(yè)知識對美國現(xiàn)有的面具制造設備進行改造和現(xiàn)代化，使國內制造自動化，以低成本進行大規(guī)模生產。

研究人員還編寫了一篇關于他們如何開發(fā)和測試Ultra Fit口罩的論文，包括他們在教室中佩戴口罩的學生驗證貼合度和現(xiàn)場實驗的工作細節(jié)，以及在地鐵上感染傳播的數(shù)學建模。他們報告稱，在這兩種環(huán)境中，Ultra Fit面罩接近N95呼吸器防止COVID-19社區(qū)傳播的功效。(截至記者發(fā)稿時，他們還沒有將論文提交給任何期刊發(fā)表）。)

研究人員還進行了用手和洗衣機清潔口罩的實驗，以確定它是否能夠保持過濾性能。Karp表示，它有可能可承受多次手洗，但確定可承受多少次手洗的實驗將會繼續(xù)進行。他補充表示，他們還會繼續(xù)測試口罩，以確定其是否符合新的NIOSH和ASTM標準。

Katharos Labs的領導們有信心為他們的口罩找到市場，即使解除了強制口罩令，即使許多美國人的行為表現(xiàn)就像疫情已經(jīng)結束一樣。根據(jù)CDC的數(shù)據(jù)，到6月下旬，超過一半的美國人口至少接種過一次疫苗。然而，許多其他國家遠遠落后。Karp認為，COVID和其他病毒（如流感）的變異和季節(jié)性爆發(fā)的威脅迫在眉睫。

“我們必須教育大眾，擁有高質量、貼合良好、高性能的口罩至關重要。他說：“很多人戴上口罩是因為他們被要求戴上。”“但一個泄露較多的面罩并不是一個良好的面罩。”