(Zasláno z Textilní fakulty Technické univerzity v Liberci)
Motto: „Když nejde o život…“
Prolog:
Před dvěma lety zveřejnila společnost Reuters (Business News March 15, 2018, 11:59) podrobnou zprávu s názvem „Toyobo to pay $ 66 milion in U. S. bullet proof vests fraud case“, kde popisuje dlouhý proces, který vedl k odsouzení špičkové japonské firmy za uvedení vlákna Zylon určeného pro „neprůstřelné vesty“. Tyto vesty však v reálných podmínkách nefungovaly, což vedlo k několika smrtelným zraněním policistů. Zdá se neuvěřitelné, proč firma Toyobo a americký partner, který tyto vesty dodával na trh, neprovedli reálné balistické testy. Odpověď je jednoduchá, testy byly provedeny komplexně a úspěšně. Na co se však zapomnělo, že testy dosud nepoužitého materiálu (z výroby), a testy téhož materiálu po jisté době stárnutí v běžných podmínkách mohou být tak rozdílné, že se z fungujícího materiálu stane zmetek.
Účelem tohoto sdělené není šířit paniku, ale reálně zamezit analogiím s historií vlákna Zylon. To znamená dodávat a doporučovat jen ty materiály, které prošly skutečnými testy v podmínkách užití po doporučenou dobu. Testy musí být zaměřeny jak na ztrátu účinnosti, tak i na možné produkty stárnutí materiálů a hydro-, termo-, foto-degradace nikoliv separátně, ale v jejich kombinaci.
Vlhkostně tepelné podmínky a intenzita osvětlení při běžném použití ochranných roušek, respirátorů a dalších pomůcek chránících proti baktériím a virům jsou obecně náročnější než při použití neprůstřelných vest. Také při výrobě polymerů a vláken určených pro ochranné prostředky proti působení virů se běžně používá řada pomocných chemikálií od katalyzátorů, přes látky usnadňující zpracování, až k látkám majícím pouze estetický význam (matování, barevné pigmenty ve hmotě).
Samotné textilie mají některé vlastnosti, které se přímo dotýkají jejich použití pro ochranné roušky. Jsou obecně málo prostupné pro UV záření zejména kratších vlnových délek. To omezuje použití UV C sterilizace pouze na povrchy textilií, což nestačí. U bavlněných tkanin je podíl proniknutého UV záření obvykle v jednotkách procent. Všechny způsoby pasivace virů a antimikrobiálních úprav založené na fotokatalytické oxidaci (např. pomocí TiO2) jsou tedy nefunkční, pokud je fotoaktivní vrstva pokrytá např. bavlněnou tkaninou.
Řada desítky let používaných a velmi účinných antimikrobiálních prostředků (např. Triclosan) je již zakázána a stažena z trhu. Perfluorované sloučeniny obsahující perfluorooktanovou kyselinu a jejich soli byly zařazeny stranami Stockholmské úmluvy na seznam zakázaných látek a jejich použití je omezeno evropskou směrnicí 2006/122/ES (to se týká např. materiálu Gore-Tex). Nesmějí se uvádět na trh ani používat jako látka nebo složka přípravků v koncentraci 0,005 hmotnostních procent nebo vyšších. Podle nařízení REACH bude používání látek obsahujících perfuloroalkany úplně zakázáno od r. 2020. Podobný osud zřejmě potká i TiO2. Pro každou úpravu roušek bude tedy nezbytné nejen ověřit jejich reálnou funkčnost, ale také možná zdravotní rizika.
Textilní materiály nás doprovázejí prakticky od narození do smrti. Každý má řadu zkušeností s jejich použitím, a cítí se schopen na základě informací o jejich složení (přírodní vlákna/syntetická vlákna), rozhodnout o jejich vlastnostech a oblastech použití. Textilní specialisté a vláknaři však již dnes běžně vyrábějí textilie, které předčí standardní vlákenné materiály a mění oblasti jejich použití. Ne bez důvodu se v Japonsku rozhodli označovat vlákna s novými efekty pojmem „Shingosen“ (nové vlákno), aby u uživatelů potlačili jejich zkušenosti s vlákny podobného chemického složení, ale výrazně odlišného chování. Celá řada nových efektů na textiliích se získává zušlechťováním pomocí chemických činidel. Když se úprava textilie ukazuje citlivá na zvýšené teploty, tak se jednoduše doporučí snížit teplotu praní. Místo praní se pak textilie pouze namáčejí ve vlahé vodě, která řadě mikroorganizmů spíše prospívá. Teplota se nahrazuje pracími prostředky, o nichž se často neví, jak působí na upravené textilie.
V současné době jsou moderní textilní struktury základní součástí ochranných roušek, kde se plánuje možné opakované použití, včetně jednoduché a účinné sterilizace. To spolu nese řadu dosud málo řešených problémů, které mohou v důsledku způsobit, že vliv používání těchto roušek na zdraví nositelů bude horší než napadení viry. Je třeba uvažovat, že celková doba nošení ochranných roušek spojená s možným uvolňováním nevhodných částic se může stát extrémně dlouhou. V kumulaci se může dostat koncentrace inhalovaných částic v lidském organismu nad přípustné limity, tedy působit negativně.
Mezi základní problémy související s konstrukcí a použitelností textilií pro ochranu vůči virům patří:
Přesná specifikace účelu použití roušek a respirátorů. Je nanejvýše žádoucí řešit odděleně problém roušek zabraňujících pronikání virů do oblasti úst a nosu u zdravých osob (roušky typu „chráním sebe“, tj. pro prevenci - RP) a roušek zabraňujících šíření virů z oblasti úst a nosu u nakažených osob (roušky typu „chráním tebe“), tj. pro ochranu okolí - RO. U roušek RP je kritický vdech, kdy je rouška více přitisknuta k obličeji a virus proniká zvenčí. U roušek RO je kritický výdech, kdy vlivem lokálního přetlaku dochází k jejich možnému oddělování od obličeje a k pronikání vlhkého kontaminovaného vzduchu místy s nejmenším odporem. To mohou být kromě jiného také švy, kde šicí jehla vytvoří poměrně rozměrný otvor. Jsou známy typy švů, které se hodí pro případy, kdy je třeba omezit pronikání vzduchu, ale prozatím nebyly zřejmě na žádné roušce použity. Také respirátory s možným přímým vypouštěním části vydechovaného vzduchu jsou pro roušky RO absolutně neúčinné, protože nijak nebrání pronikání virů do okolí. Problém je, jak určit, kterou roušku mají konkrétní osoby s možným virovým nakažením použít. Z důvodu bezpečnosti bude nutné vyžadovat u těchto osob použít roušku RO. Při konstrukci roušek RO by mělo být zkoumáno, jak a kudy proudí vzduch přes vícevrstvý systém s volně naskládanými vrstvami s různou prodyšností, a kde jsou kritické místa pro průnik virů.
Mechanismy zachycování. Naprostá většina roušek a respirátorů pracuje na principu mechanického záchytu. Tenká bariérová vrstva schopná zastavit šíření viru (u elektrostaticky zvlákňovaných „nanovlákenných“ vrstev je to přibližně 2 mikrometry) by měla mít ideálně póry menší, než je rozměr „suchého“ viru (od 50 nm).
Již samotný pojem „nano“ evokuje, že jde o nanoporézní materiál. Navíc je v řadě případů použit jako dobré „klíčové slovo“, které se líbí laické veřejnosti. Odborníci dobře vědí, že podle platné evropské normy (Nanotechnologies — terminology and definitions for nano-objects — nanoparticle, nanofibre and nanoplate: ISO/TS 80004-2:2015 E), jsou nanomateriály definované jako materiály, které mají alespoň jeden rozměr (zde průměr) v rozmezí 1–100 nm. Toto rozmezí průměrů vlákenných segmentů „nanoroušky resp. „nanovrstvy“ vyrobené elektrostatickým zvlákňováním obvykle překračují, takže podle normy nejde o „nano“.
Požadované velikosti pórů nelze dosáhnout použitím standardních „nanovlákenných“ vrstev, kde je široká distribuce velikosti pórů od nano do mikrometrů. Skládáním jednotlivých „nanovlákenných“ vrstev je možné vytvořit systém s mnohem užší distribucí velikosti pórů, problémem však je, jak tyto vrstvy vhodně spojit. Závažným omezením je, že „nanovlákenné“ vrstvy jsou mechanicky nestabilní a mohou v krátké době přestat poskytovat ochranu díky mechanickému makro-porušení struktury (vzniku děr) a tak přímo ohrozit nositele. Problém činí také vlákenné segmenty, které se uvolňují již po několika cyklech oděru (tření mezi vrstvami nebo mechanické působení zvenčí). Je tedy nanejvýše potřebné provést ověření doby použitelnosti roušek s obsahem „nanovlákenných“ struktur v podmínkách nošení a testovat i uvolněné fragmenty podobně jako u tzv. mikroplastů.
U mechanických bariérových vrstev větších tlouštěk bude hrát důležitou roli křivolakost pórů, protože viry pronikající v kapénkách mohou být ukládány na stěnách pórů. Naše hypotéza je, že k přilnutí virů může dojít na hydrofilních místech, schopných tvorby vodíkových můstků. Při šíření virů od infikovaných osob jsou pravděpodobně viry převážně v kapénkách vody s mnohem větší velikostí. Bylo zjištěno, že celkové průměrné rozložení velikosti kapének kašle bylo 0,62–15,9 mikronů (Yang S. et al.: The Size and Concentration of Droplets Generated by Coughing in Human Subjects, Journal of Aerosol Medicine 20, 484-494 (2007)). Nepříjemné je, že tyto kapénky mohou snadno měnit tvar (jako všechny kapaliny) a pronikat výrazně menšími póry než pevné částice.
 |
| Vlákenné úseky jsou celkem jemné, ale některé póry řádově v mikrometrech procházejí skrz celou vrstvu |
Hodnocení kvality záchytu pomocí pronikání pevných částic nebo částic olejů je tedy pouze velmi indikativní.
Pro ochranu okolí před viry šířené z infikovaných osob přes jejich obličejové masky, bude tedy zřejmě možné používat hydrofilní materiály s většími póry, kdy se při kontaktu s povrchem vláken kapénky rozpijí.
Trvanlivost (opotřebení) materiálů užitých pro konstrukci masek a respirátorů. Nestačí provedení testů materiálů podle standardních laboratorních postupů a to nejen u „nanomateriálů“. Nebude možné využít pouze publikovaných informací, protože reálné textilie a plasty mohou obsahovat řadu dalších pomocných chemikálií měnících chování v průběhu jejich použití. Bude třeba provést testy v simulovaných podmínkách atmosféry pod rouškou nebo respirátorem (cca 37°C, relativní vlhkost přesahující 90 % a vnější působení jak slunečního záření, tak i umělého zdroje světla). Tyto testy je nutné provést jak na materiálech před prvním použitím, tak i v průběhu a po ukončení jejich životnosti. To vyžaduje přesný odhad cyklů opakovaného použití a specifikaci možných způsobů sterilizace. Kromě změn integrity materiálů a mechanického záchytu bude nutné zkoumat možné pevné, kapalné i plynné částice uvolněné v důsledku používání a sterilizace. Bude třeba ověřit jejich přítomnost v lidském těle po vdechování a zkoumat i jejich možnou dlouhodobou kumulaci.
Účinná sterilizace. Vhodný postup sterilizace musí být součástí každého prostředku chránícího proti napadení virem. Existuje celá řada možností, které však vyžadují specifikaci potřebné intenzity působení, doby a případně jiné údaje (koncentrace, vlnová délka atd.). Nestačí např. informace praní při vhodné teplotě. Doporučení vydaná ve Wuhanu uvádějí sterilizaci praním při 56°C po dobu minimálně 30 minut (tedy reálné praní při delší době zahrnující i ohřev lázně). Problémem je, že tyto podmínky sterilizace byly zřejmě stanoveny na základě zkoumání na modelovém viru (doi.org/10.1101/2020.02.20.958785.). Je známo, že nový koronavirus SARS-CoV-2 se chová často odlišně oproti již déle známému koronaviru SARS-CoV-1, i když se složením příliš neliší. (Aerosol and surface stability of HCoV-19 (SARS-CoV-1 2) compared to SARS-CoV-1, https://doi.org/10.1101/2020.03.09.20033217). Nelze tedy přebírat bez ověření informace ze zdrojů zkoumajících jiný typ virů (tedy s datem před rokem 2020).
Způsoby účinné sterilizace musí být v souladu s použitými materiály zejména s ohledem na tvorbu zdraví škodících produktů, při možné degradaci.
Je patrné, že bude nutno nalézt nebo modifikovat řadu testů simulujících chování prostředků ochrany proti virové nákaze. Při řešení bude nezbytná spolupráce textilních odborníků a materiálově zaměřených specialistů s toxikology a odborníky v medicíně. Bude třeba řešit řadu dalších úloh, než bude možno dodat na trh ochranné roušky, které nebudou více škodit, než pomáhat.
Doporučení:
V době absolutní nouze byl každý postup přípravy ochranných roušek přínosný. Doba však pokročila a je nutné hledat komplexní a ověřená řešení, založená na systematickém zkoumání. Zde je třeba vidět nezastupitelnou úlohu spolupráce napříč mezi obory, která je dobře možná na univerzitách. Lze pochopit, že každý chce být nezávisle uznáván, ale v tomto případě jde vážně o zdraví nás všech. Řada chronických problémů může být snadno nastartována dlouhodobým používáním neověřených materiálů. Doufáme, že se podaří sestavit interdisciplinární týmy napříč celou vědecko-výzkumnou komunitou, které budou schopné testovat komplexně problematiku ochranných roušek a respirátorů a poskytovat i konzultační služby ostatním, zejména výrobcům. Řiďme se prosím modifikovaným pravidlem pro tuto výjimečnou dobu - 99 krát měř a jednou řež.
Bez ohledu na to, zda budou ochranné roušky s dlouhodobějším opakovaným použitím zařazeny jako zdravotnický materiál či nikoliv, by měly zodpovědné orgány státní správy vyžadovat testy jak reálné funkčnosti, tak i nezávadností po doporučenou dobu použití. To je výzva zaměřená také pro výzkumné a vědecké pracovníky, kteří chtějí reálně přispět k zajištění zdraví lidské společnosti.
Autoři: Jiří Militký, Dana Křemenáková a Jakub Wiener,
Autoři: Jiří Militký, Dana Křemenáková a Jakub Wiener,
Katedra materiálového inženýrství, Fakulta Textilní, Technická univerzita v Liberci, Studentská 2, 46117 Liberec
