Schutzmasken für Helden

Wissenschaft und Technologie

Eine zufällige Facebook-Freundschaft zwischen einer Ärtzin in Atlanta und einem Experten für digitale Transformation von ExxonMobil könnte dazu beitragen, einen ganzen Schwung medizinischer Gesichtsmasken auf den Markt zu bringen, die derzeit von den medizinischen Pflegekräften zur Behandlung von COVID 19/ Coronavirus-Patienten dringend benötigt werden.

Am 19. März wurde Justin Sink, Berater für digitale Transformation und Innovation bei ExxonMobil, auf einen Facebook-Beitrag seiner Bekanntent Dr. Susan Morris, einer Intensiv-Kinderärztin, aufmerksam.. Verfasst wurde der Beitrag von Dr. Joanna Newton, die wegen des Mangels an Schutzkleidung für medizinische Fachkräfte frustriert war. Nur einen Tag später gab Dr. Newton auf Facebook bekannt, dass sie gemeinsam mit einem Team von Georgia Tech versucht, Gesichtsschutze und Mehrwegmasken per 3D-Druck herzustellen.

Etwas fehlte jedoch noch: ein Kunststoffhersteller, der diese Dinge in großer Menge produzieren kann.

Justin Sink setzte sich sofort mit Fachleuten aus der Chemie von ExxonMobil in Verbindung. Dieses Team aus Ingenieuren und Produktmanagern bat sein breit aufgestelltes Netzwerk aus Materialwissenschaftlern und Geräteherstellern um Hilfe: So konnten weitere Branchenpartner gewonnen werden, um den Bedarf an Schutzausrüstung für medizinische Fachkräfte zu decken.

Dr. Newtons Facebook-Beitrag löste große Hilfsbereitschaft und viele Anfragen aus – und führte schließlich auch  zur Zusammenarbeit zwischen ExxonMobil und zahlreichen anderen Unternehmen, Akademikern und Regierungseinrichtungen, die das PSA-Versorgungsproblem sofort zu lösen versuchen.

In einem Interview stellt Justin Sink neue Details zu dieser Initiative vor und erklärt, warum sie so wichtig ist. Er beschreibt, wie damit innerhalb von Tagen die Produktion von Tausenden von Gesichtsmasken pro Stunde ermöglicht wird.

Energy Factor: Woher wussten Sie, dass Sie in der Lage waren, ein derart weit verbreitetes Problem so schnell zu lösen?

Justin Sink: Ganz ehrlich: Das hat alles viel schneller geklappt, als ich erwartet hatte. Wir haben bei Null angefangen. In sehr kurzer Zeit haben wir ein Netzwerk bereitwilliger Partner aufbauen können. Unsere Initiative entwickelte sich schnell von dem Design über den Prototyp bis hin zur Massenproduktion.

Als ich zum ersten Mal auf den Hilferuf aufmerksam wurde, wusste ich, dass unser Kunststoffbereich die richtigen Ansprechpartner für die Fertigung hat, um alles in Gang zu bringen. Wir haben Kontakte zwischen Herstellern und medizinischen Fachkräften geknüpft und dabei unser Know-how der Produktions- und Lieferkette eingebracht. Ich bin sehr dankbar dafür, dass unsere Chemiefachleute dem Aufruf gefolgt sind. Meine Kollegen Bill Ramsey, Bob Ferguson und Mike Donoghue waren bei diesem Prozess unglaublich hilfreich, da sie sehr viele Partner anwerben und mobilisieren konnten. Daraus hat sich eine wahre Lawine entwickelt.

Wir haben schon viel über N95-Masken gehört. Warum sind sie so effektiv und aktuell so schwer zu bekommen?

Die Masken bestehen aus einem Material, das Exxon in den 1970er Jahren entwickelt hat. Es sieht aus und fühlt sich an wie ein unelastisches Tuch, aber es ist eigentlich ein thermisch verschweißtes, luftdurchlässiges Polymer. Was die meisten Menschen nicht wissen: Das Gewebe wird vor dem Formen zur Maske elektrostatisch aufgeladen. Diese elektrische Ladung hält Viren und Bakterien zurück.

Im Laufe der Zeit bzw. bei längerer Verwendung und Kontamination verringert sich die elektrische Ladung und damit auch die Schutzwirkung der Maske. Die Masken müssen daher nach einmaligem Gebrauch oft entsorgt werden. Das Problem ist, dass weltweit nur eine begrenzte Menge des Gewebes produziert wird.

Warum kann die Produktion nicht einfach erhöht werden?

Die Technologie für die Herstellung der N95-Maske ist ziemlich komplex. Es ist schwierig, innerhalb einer Woche eine neue Lieferkette für diese Masken aufzubauen – in der Regel dauert es Monate. Und das Virus breitet sich exponentiell aus.

Zur Verdeutlichung: In unserer US-Produktionsstätte Baytown in Texas, die derzeit mit maximaler Kapazität arbeitet, produzieren wir noch immer die Rohstoffe für das Material. Der Großteil der N95-Mikrofaser wird jedoch in Asien hergestellt, wo die Masken genau so dringend benötigt werden wie hier. Die Lieferkette ist also überlastet, weshalb das in Asien hergestellte Maskenmaterial derzeit auch in Asien bleibt.

Zum Glück kennt sich ExxonMobil mit Materialwissenschaft, Fertigung und Lieferketten gut aus. Daher arbeiten wir daran, diese Expertise und unsere Verbindungen in diesen Bereichen zu nutzen, um zu helfen. Wir müssen ähnliche Konstruktionen und Materialien betrachten und mit Akademikern und Herstellern sprechen, die ihre Ressourcen umlenken und ihre Maschinen schnell umrüsten können.

Mit welchen Alternativmaterialien arbeiten Sie und Ihre Partner?

Für die Maskenmaterialien gibt es zwei neue Quellen. Eine ist ein Unternehmen, das den staubabweisenden Stoff für Lautsprecher bei Soundsystemen herstellt. Dieses Material hat im elektrisch aufgeladenen Zustand eine ähnliche Schutzwirkung wie eine N95-Maske und kann bei ordnungsgemäßer Verwendung einen Pfleger für eine ganze Schicht schützen. Ein Team der North Carolina State University, dem führenden Institut für Polymergewebe, hat eine Produktionslinie, die 10 Stunden pro Tag betrieben wird. Wir helfen ihnen dabei, rund um die Uhr produzieren zu können.

Natürlich kann nur eine begrenzte Menge Filtermaterial produziert werden. Wir müssen also jeden Zentimeter des Stoffs effektiv einsetzen, was bedeutet, dass wir den Aufbau der Maske selbst überdenken müssen.

Statt der herkömmlichen N95-Einwegmaske arbeiten wir an einer Gesichtsmaske aus Verbundkautschuk mit kleinen, austauschbaren Filtereinsätzen. Sie sieht aus wie die Maske eines Lackierers. Das Filtergewebe in den Filtereinsätzen ist elektrostatisch aufgeladen. Am Ende der Schicht kann der Arzt oder Pfleger einfach die Maske abnehmen, reinigen und die Filtereinsätze wechseln. So lässt sich dieselbe Maske am nächsten Tag wieder verwenden.

Enthalten die austauschbaren Filtereinsätze dieser Maske ein ähnliches Material wie eine N95-Maske?

Im Grunde ja. Der Hauptvorteil liegt darin, dass wir weitaus weniger Filtermaterial verwenden als bei der Einwegmaske.

Und das Beste ist, dass die Pflegekräfte nicht das Gefühl haben, eine N95-Maske waschen oder sterilisieren zu müssen, denn dadurch wird die Schutzwirkung der Masken reduziert.

Wie schaffen wir es angesichts der aktuellen Lieferkettenprobleme  von der Entwicklung zur schnellen Produktion?

Wir haben die Prototypen und Gussformen per 3D-Druck hergestellt. Nachdem wir gemeinsam mit der medizinischen Gemeinschaft und dem Team im Global Center for Medical Innovation in Atlanta dafür gesorgt haben, dass die Maske den Standards entspricht, nahmen unsere Experten für medizinische Kunststoffe die Zusammenarbeit mit privaten und staatlichen Herstellern auf, um eine Spritzgussform herzustellen.

Sobald die Gussform fertig ist, können tausende Masken pro Stunde produziert werden. Gemeinsam mit der NASA, dem Georgia Tech Research Institute, mit GE, Delta Airlines, der National Organization for Technology Exploration and Delivery, Boeing und dem U.S. Army Futures Command werden wir entscheiden, welche Materialien in größerer Menge hergestellt werden können.

Wie wird die neue Maske für den großflächigen Gebrauch genehmigt, zugelassen und vertrieben?

Alle Beteiligten nutzen ihr Fachwissen und ihre Beziehungen, damit wir unser Ziel erreichen und den Menschen an vorderster Front, die uns alle schützen, unsererseits Schutz zu bieten.

Beispielsweise sind wir bei ExxonMobil mit Materialwissenschaft und Lieferketten vertraut, nicht aber mit der medizinischen Gemeinschaft. Das Team im Global Center for Medical Innovation arbeitet jedoch eng mit Ärzten zusammen, damit die Maske dem Standard entspricht. Dieses Team spricht sich außerdem mit der FDA ab, um die Zulassung zu beschleunigen.

Wie schnell werden die Gesichtsschutze und die neuen Masken an die Ärzte und Pflegekräfte geliefert?

Die Gesichtsschutze werden diese Woche ausgeliefert. Der Army Futures Command und die NASA haben bei der Entwicklung und Prototypenherstellung mitgewirkt. Auch Boeing hat seine Produktion auf die Schutze umgestellt. Mit einer Produktionslinie können 10.000 Schutze pro Stunde hergestellt werden.

Jedoch ergänzen wir die Lieferung von Masken anderer Hersteller dadurch nur, und ersetzen sie nicht. In nur wenigen Wochen werden wir eine völlig andere Produktionsmethode und Lieferkette entwickelt haben, die nicht die Engpässe aufweist wie heute.

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