Immer mehr Menschen erkranken an Covid-19, wie erwartet bringt der Herbst auch wieder mehr schwere Krankheitsverläufe, mehr von Covid-19-Patienten benötigte Intensivbetten - und mehr Tote. Die Bundesregierung hat darauf mit der Anordnung von Einschränkungen reagiert, manche sprechen von einem "Lockdown light".
Mit den steigenden Patientenzahlen steigt auch erneut das Risiko für Pflege-, Krankenhaus- und Praxispersonal sich mit dem Virus anzustecken. Experten befürchten Engpässe durch Krankheits-bedingte Ausfälle des Personals. Aber auch Lehrkräfte und Mitarbeiter im ÖPNV oder Geschäften sind einem höheren Risiko ausgesetzt.
Wie kann man Berufsgruppen mit häufigem Kontakt zu anderen Menschen besser schützen? Dazu haben sich unter anderem Wissenschaftler am MIT und am Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation Gedanken gemacht und neue Masken entwickelt. Beim MIT ist das Ergebnis eine Maske die mit Hitze Viren abtötet und beim Fraunhofer-IAO ein Mund-Nasen-Schutz, der einen Wechselfilter enthält und zudem mittels 3D-Druck oder Spritzguss selbst produziert werden kann.
Maske des MIT tötet Viren durch Hitze
Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) um Michael Strano haben einen neuen Mund-Nasen-Schutz entwickelt, der Coronaviren nicht einfängt beziehungsweise filtert, sondern sie gleich deaktivieren soll. Das geschehe in einem nur 0,1 Millimeter dicken Netz aus Kupferfäden, die auf eine Temperatur von 90 Grad Celsius aufgeheizt werden. Die Energie dazu liefert eine Batterie. Damit sich niemand verletzt, sei das Kupfernetz mit wärmeisolierendem Neopren umhüllt.
So sieht das Konzept der Schutzmaske aus, die Viren abtötet. Ein Netz auf Kupferfäden wird per Batterie auf rund 90 Grad Celsius erhitzt, während eine Schicht aus Neopren den Benutzer vor der Hitze schützt.
Batterie reicht für einige Stunden
„Das ist ein völlig neues Maskenkonzept, weil es das Virus nicht blockiert, sondern passieren lässt. Die Wärme deaktiviert den Mikroorganismus“, so Strano. Die Batterie mit einer Spannung von neun Volt soll einige Stunden genügend Strom liefern, um das Kupfernetz heiß zu halten. Die MIT-Forscher begannen im März mit ihrer Arbeit. Sie sichteten alles wissenschaftliche Material, dass es zum Thema Anti-Viren-Masken gibt. Dabei fiel ihnen auf, dass es keinen Schutz gibt, der Viren abtötet. Alle Konzepte waren auf das Abhalten des Virus ausgelegt.
In Simulationsrechnungen haben Strano und sein Kollege darunter Damuel Faucher die Temperatur bestimmt, bei der die Viren deaktiviert werden. Dabei mussten sie die Luftgeschwindigkeit berücksichtigen, die von der Atemtätigkeit bestimmt wird. Wenn Viren ein warmes oder heißes Netz mit höherer Geschwindigkeit passieren, haben sie die Chance zu überleben. „Wir zeigen, dass es möglich ist, eine relativ kleine Maske zu tragen, die nicht zu lästig ist und es tatsächlich ermöglicht, medizinisch sterile Luft zu atmen“, sagt Strano. „Wir müssen natürlich die Sicherheit und den Komfort der Benutzer beachten“, ergänzt Faucher. „Deshalb wird die Luft nach der Inaktivierung des Virus in der Maske gekühlt.“
Sollten die Masken einmal industriell gefertigt werden, werden sie teurer als herkömmliche Filtermasken sein, betonen die MIT-Forscher. Dennoch könnten sie in vielen Fällen bevorzugt eingesetzt werden, etwa wenn das Expositionsrisiko besonders hoch ist, wie bei medizinischem Personal, das direkten Umgang mit Corona-Patienten hat. Im nächsten Schritt wollen die Wissenschaftler Prototypen an sich selbst testen.
FFP-, OP-Masken sowie einfache Schutzmasken aus Stoff seien durchaus effektiv und sollten weiterhin während der Pandemie getragen werden. „Aber einer der Vorteile der beheizten Masken wird sein, dass man sie nach der Benutzung nicht dekontaminieren oder gar entsorgen muss, da sie das Virus bereits abgetötet haben“, sagt Strano.
Fraunhofer-IAO: Atemmaske mit Wechselfilter entwickelt
Als Beitrag zur Pandemiebekämpfung haben Studenten und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Arbeitswirtschaft und Organisation (IAO) eine Atemmaske mit hohem Tragekomfort entwickelt. Sie eignet sich für Berufsgruppen mit häufigem Kontakt zu anderen Mitmenschen. Die Filterwirkung sei durch TÜV Rheinland untersucht worden.
Studenten und Wissenschaftler des Fraunhofer IAO haben eine Atemschutzmaske entwickelt, die mittels 3D-Druck oder Spritzguss selbst direkt produziert werden kann.
Kann mittels 3D-Druck oder Spritzguss selbst produziert werden
Vom vielen Masken tragen tun die Ohren weh. Bei Brillenträgern beschlagen die Gläser. Atemschutzmasken sind aktuell nicht mehr aus dem Berufsalltag wegzudenken und gehören zu den wichtigsten Schutzmaßnahmen zur Eindämmung der Pandemie. Bei kontaktintensiven Gruppen wie Lehrkräften oder Pflegefachkräften müssen die Masken sowohl sicher als auch angenehm zum Tragen sein. Um dieser Problematik entgegenzuwirken und einen Beitrag zur Pandemiebekämpfung zu leisten, entwickelten studentische KI-Tutoren des Business Innovation Engineering Center (BIEC) des Fraunhofer-IAO in Stuttgart und Wissenschaftler ein vielversprechendes Konzept: eine Atemschutzmaske mit wechselbaren Filtervliesen, die Interessenten und Produktionspartnern weltweit zur Verfügung gestellt werden soll, und mittels 3D-Druck oder Spritzguss selbst direkt produziert werden kann. Der Leitgedanke dieser Konzeptionsphase war es, einen Ansatz zu wählen, welcher von kleinen und mittleren Betrieben aus Baden-Württemberg mit freien Kapazitäten schnell und unkompliziert aufgegriffen und umgesetzt werden kann. Das Ergebnis wurde anschließend im Aktionsprogramm „Fraunhofer versus Corona“, das von der Fraunhofer-Gesellschaft initiiert wurde, zur Anwendungsreife weiterentwickelt.
Impulse zur Optimierung nach TÜV Rheinland-Prüfung
Mithilfe des vom Fraunhofer-IAO begründeten „Pretotyping-Verfahrens“ präsentierten die Forscherinnen und Forscher nach einer viermonatigen Entwicklungszeit nun das vollendete Designmuster: ein mittels 3D-Druck oder wahlweise Spritzguss gefertigter Rahmen, in welchen unterschiedliche Vliesmaterialien eingelegt und nach Gebrauch getauscht werden können. Im Sinne eines sogenannten Lean-Startup-Ansatzes habe das Team bereits eine Kleinserie des funktionsfähigen Prototyps produziert und holt erstes Nutzerfeedback ein. Mitglieder einer Feuerwehr bestätigen: „Die Atemmaske des Fraunhofer-IAO sitzt gut am Gesicht, schließt gut ab und verrutscht nicht.“ Für Brillenträger ist eine hohe Dichtheit an der Nase vorteilhaft, um ein Beschlagen der Brillen zu vermeiden.
Die Filterwirkung des Filtermaterials wurde durch TÜV Rheinland anhand des Durchlasses des NaCl-Mediums bestätigt – so könne die Atemmaske das Infektionsrisiko bei korrekter Anwendung senken. Nur die strengen FFP3-Anforderungen an die Dichtigkeit und den Atemwiderstand konnte die Maske im ersten Durchlauf nicht ganz erfüllen. Ganz im Sinne des Startup-Spirits sieht Entwicklungsleiter Dr. Truong Le darin eine Chance: „Durch die Prüfung wissen wir nun, wo die Schwachstellen der Maske liegen. So können wir gezielt nach Entwicklungspartnern suchen, die die Voraussetzungen erfüllen, um diese Schwachstellen auszumerzen und eine Zertifizierung zu erreichen.“
Unterstützung der weltweiten Atemschutzmaskenproduktion
Mit diesem Atemschutzmaskenkonzept möchte das Fraunhofer-IAO einen solidarischen Beitrag zur Eindämmung der aktuellen Pandemie leisten und besonders kleinen und mittleren Unternehmen eine kostengünstige Fertigung und den Vertrieb von hochwertigen Atemschutzmasken ermöglichen. Zur weiteren Umsetzung, industriellen Fertigung und Vermarktung der Atemmasken stellt das Fraunhofer-IAO die erarbeiteten Designs, deren Produktspezifikationen für interessierte Partner zur Verfügung.
