ماسک های نانو الیاف، بروز ترین تکنولوژی تولید ماسک

نسل جدید ماسک های نانو الیاف

با افزایش آلاینده‌ها و ذرات معلق در هوا و همچنین شیوع و گسترش بیماری‌های واگیردار مانند آنفولانزا و کرونا، استفاده از ماسک‌های تنفسی اهمیت زیادی پیدا می‌کند. ذرات معلق از راه مجاری تنفسی وارد بدن انسان می‌شوند و فعالیت دستگاه تنفسی بدن را مختل می‌کنند. در نتیجه وجود ماسکی که بتواند این ذرات میکرونی را در خود نگه دارد و اجازه ندهد وارد دستگاه تنفسی ما شود، ضروری است.

ماسک های 3 لایه پزشکی که این روز ها برای جلوگیری از انتشار کرونا استفاده می شوند تا حد زیادی از عبور ویروس ممانعت می کنند. اما الیاف پارچه های بکار رفته در این ماسک ها نیز دارای منافذی است که ویروس میتواند از آن عبور کرده و باز هم احتمال بیمار شدن وجود دارد. همچنین فیکس نشدن ماسک روی صورت معضلی است که همچنان با آن درگیر هستیم.

اما آیا جایگزین بهتری برای ماسک های معمولی وجود دارد؟

پاسخ ما مثبت است!

امروزه از تکنولوژی نانو در بسیاری از صنایع استفاده میشود. یکی از تکنولوژی های جدید در این حوزه، تولید نانو الیاف ها به روش الکتروریسی می باشد.

الکتروریسی چیست؟

• الکتروریسی یک روش کارآمد جهت تولید انواع نانو – میکرو الیاف از محلول یا مذاب مواد پلیمری، سرامیکی یا کامپوزیت آنها می باشد.
• یکی از مهمترین ویژگی های فرایند الکتروریسی، تولید انواع نانوالیاف با مورفولوژی و ویژگی های فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی گوناگون می باشد.
• به طور کلی نانو الیاف تولید شده از طریق فرایند الکتروریسی می توانند در صنایع و حوزه های مختلف کاربرد داشته باشند. از جمله فیلتراسیون و زیست فناوری و محیط زیست، مهندسی پزشکی، صنایع نظامی و عمرانی، انرژی های نو و ذخیره سازی انرژی و …. کاربرد داشته باشد.
• امروزه الکتروریسی فقط محدود به فعالیت های تحقیقاتی نمی شود و صنایع بزرگ و مختلفی در سراسر دنیا از آن جهت توسعه محصولات و ارائه کلاس جدیدی از محصولات بهره گرفته و می گیرند.

ماسک های تنفسی ساخته شده از نانو الیاف (nano fibres)

با توجه به شیوع بالای بیماری های ویروسی از جمله ویروس کرونا (کووید-19) و افزایش روزافزون ریزگرد ها در شهر های بزرگ، پیامد های مخرب این بحران بر سلامت عمومی، نیاز و الزام به ایجاد فیلتراسیون موثر تر در زمینه ی ذرات ویروس و باکتری و جذب مواد آلاینده را دو چندان نموده است.

با توجه به این نیاز اساسی (ماسک تنفسی با راندمان فیلتراسیون بالا) و از طرفی با توجه به مطالعات میدانی، در حال حاضر ماسک های موجود در بازار توانایی پاسخ به این نیاز را ندارند.

زیرا از یک طرف، ماسک های معمولی که عموم مردم استفاده میکنند کارایی بسیار پایینی برای ذرات کوچکتر از میکرون دارند و از طرفی در ماسک های دیگری که نسبت به آنها کارایی بالاتری دارند و گران می باشند نیز برای افزایش کارایی از لایه های بی بافت الکترواستاتیک استفاده شده است.

بر اساس مطالعاتی که انجام شد از بین روش های موجود در تولید ماسک، با بهره گیری از فناوری نانو می توان هدف مورد نظر یعنی ماسک تنفسی با کارایی فیلتراسیون بالا و حفظ کارایی در مدت زمان استفاده را دنبال نمود.

الیاف نانو با ارائه ی سطح به حجم بالا و داشتن تخلخل های نانومتری و میکرومتری، به راحتی امکان جذب و فیلتراسیون ذرات با کارایی بالا برای برای ذرات با اندازه ی زیر میکرونی را به راحتی فراهم می نماید.

در تصویر بالا مقایسه ی اندازه ی مو، گرده و الیاف نانو دار مشاهده میکنید.

استفاده از پوشش نازکی از نانوالیاف، موجب افزایش بازده فیلتراسیون، طول عمر فیلتر و ظرفیت نگهداری گرد و غبار، بدون افزایش قابل توجه افت فشار می شود. فیلترهای نانویی موجود در ماسک های نانو الیاف ریما، تست های مورد نیاز را با موفقیت پشت سر گذاشته، استانداردهای مربوطه را کسب کرده و گواهینامه های برخی موسسات مانند VTT (فنلاند) و DMT (آلمان) را کسب کرده است و از فروشگاه اینترنتی پارس پیوند قابل تهیه است.

چرا ماسک های نانو الیاف از ماسک های معمولی بهتر است؟

• شکار ویروس ها:

از مهمترین عواملی که در کارایی ماسک ها مؤثر است، میزان راندمان جذب ذرات و میزان افت فشار در دو طرف ماسک در حین استفاده است. با استفاده از نانو الیاف در تولید ماسک‌، امکان جذب ذرات بسیار ریز معلق در هوا فراهم شده و راندمان ماسک افزایش می‌یابد. ماسک‌های معمولی قابلیت به دام انداختن ذرات ریز را ندارند، اما ماسک‌های نانو الیاف قابلیت بالایی در مقابل ریزگردها، باکتری و ویروس‌ها دارند.

• لایه اضافه نانویی:

ماسک‌های نانو از سه لایه تولید شده‌اند که دو لایه آن بی بافت و یک لایه نانوالیاف بین آنها قرار گرفته است. در تولید ماسک‌های نانو، لایه نانو الیاف بین لایه‌های دیگر ماسک قرار می‌گیرد و وجود این لایه کمک می‌کند ذرات بسیار ریز معلق در هوا کاملاً جذب شوند. وجود لایه نانوالیاف و اتصال آن بین لایه‌های دیگر در ماسک‌های تنفسی و پزشکی باعث می‌شود لایه‌ها به هم متصل شوند و از وارد شدن آلودگی‌های بیرونی به ماسک جلوگیری کنند. این در حالی است که ماسک‌های معمولی این لایه میانی را ندارند.

• کیفیت غیر قابل مقایسه:

ماسک های اصلاح شده با نانو الیاف با توجه به کیفیت بالایی که دارند برای عموم، پزشکان و افرادی که نسبت به آلودگی محیط زیستی حساسیت بالایی دارند، قابل استفاده است.

به دلیل وجود لایه نانو الیاف کارایی این نوع ماسک‌ها در مقایسه با انواع تجاری آن به صورت قابل ملاحظه ای بالاتر است.

ساز و کار فیلتراسیون توسط فیلتر الیافی

همانطور که در شکل نشان داده شده است به طور کلی الیاف عملیات فیلتراسیون را بر اساس 4 سازوکار انجام میدهد:

• ذرات ناخالصی به دلیل دارا بودن اینرسی به الیاف برخورد میکنند و فیلتر میشوند. (Inertial Impaction)
• در مسیر جریان هوا ، ناخالصی به الیاف برخورد کرده و از جریان هوای اصلی جدا میگردد. (Interception)
• در اثر حرکت کاتوره ای ناخالصی، ناخالصی به الیاف برخورد کرده و فیلتر میگردد. (Diffusion)
• به علت داشتن بار مخالف، جذب الکترواستاتیکی اتفاق می افتد. (Electrostatic Attraction)

ویژگی ها و مزایای ماسک تنفسی مبتنی بر نانو الیاف

• به دام انداختن ذرات 0.3 میکرون تا 10 میکرون
• جلوگیری از نفوذ باکتری و ویروس
• فیلتراسیون کامل ریزگرد ها بدون افزایش قابل توجه افت فشار
• افزایش زمان فیلتراسیون و عمر ماسک
• کارایی مشابه ماسک‌های N95
• راحتی در تنفس
• سبک و راحت
• فرم مناسب و چسبندگی خوب در صورت

مقایسه ماسک ها

کاربرد ماسک های نانو

• برای جلوگیری از ورود ویروس ها و باکتری های بیماری زا به دستگاه تنفس
• مناسب افرادی که به ریزگرد ها و آلاینده های محیطی حساسیت دارند
• قابل استفاده در محیط های عمومی و شهری

انواع مدل های ساخته شده با الیاف نانو

• ماسک های نانو الیاف
• ماسک های آنتی باکتریال
• ماسک های تنفسی نانو کربن

ماسک سه لایه پزشکی نانو و کاربرد آن

این نوع ماسک ها به علت دارا بودن یک لایه آبگریز خارجی، در برابر نفوذ مایعات مقاوم هستند و برای جلوگیری از انتقال میکرو ارگانیسم های موجود در قطرات، ذرات معلق و آئروسل ها طراحی شده اند.

ماسک های سه لایه عمدتا از دو لایه اسپان باند و یک لایه ملت بلون تشکیل شده اند. کاربرد این ماسک ها معمولا در اتاق های جراحی و محیط هایی با آلودگی پایین است.

• در ماسک های نانو الیاف به جای استفاده از لایه ملت بلون از یک لایه نانو الیاف استفاده میشود.

ماسک سوپاپ دار چیست؟

این نوع ماسک دارای یک دریچه یا سوپاپ می باشد. این دریچه به منظور تسهیل خروج هوای بازدم استفاده میشود. در واقع سوپاپ در نقش یک شیر یک طرفه عمل میکند. در هنگام دم در اثر فشار هوا بسته شده و اجازه می دهد که هوای مورد نیاز ریه ها از بدنه ماسک عبور کرده و آلودگی هوا از فیلتر رد شود. هنگام بازدم، این شیر باز شده و اجازه خروج راحت بخارات بازرم برای جلوگیری از تعریق صورت، مرطوب شدن بدنه ماسک و تجمع دی اکسید کربن و گرما را مهیا میکند.

باور های اشتباه:

• این ماسک ها به ماسک فیلتر دار معروف هستند، در حالی که سوپاپ هیچ نقشی در فیلتراسیون هوا ندارد و فقط برای راحتی بازدم تعبیه شده است. فیلتراسیون هوا توسط بدنه ماسک اتجام میشود.
• به ماسک N95 معروف هستند در حالی که ممکن است ماسکی سوپاپ دار باشد و کارایی 95% را طبق استاندارد نداشته باشد و یا ماسکی بدون سوپاپ ولی با کارایی 95% فلتراسیون باشد.

کدام ماسک برای بیماران تنفسی بهتر است؟

ماسک هایی که قابلیت فیلتراسیون ذرات زیر 0.3 میکرون را حداقل 95 درصد داشته باشند. ماسک های بدون سوپاپ سری N و FFP مناسب این کاربرد می باشد. 

نکته: در صورت استفاده ی بیمار از ماسک های سوپاپ دار، ویروس به راحتی از طریق سوپاپ منتشر می شود.

افت فشار یا تنفس پذیری چیست؟

به کاهش فشار هوا بعد از عبور هوا از ماسک اطلاق می شود. هرچه افت فشار کمتر باشد تنفس پذیری راحت تر میشود.