Verbund

BIO-PROTECT-Mask - Evaluation von Lungenfunktion, körperlicher Belastbarkeit und Luftnot in Zusammenhang mit dem Tragen von zertifizierten Masken, selbstangefertigten Masken und neuentwickelten Masken

Die durch das neuartige SARS-CoV-2 ausgelöste Pandemie stellt das deutsche Gesundheitssystem vor bislang ungekannte Herausforderungen. Es gibt zurzeit keine wirksamen Therapien zur Behandlung der durch SARS-CoV-2 verursachten Lungenkrankheit COVID-19.

Im Konsortium soll die Effizienz von Gesichtsmasken zur Infektionsprävention gesteigert und ihre Zumutbarkeit in Risikopopulationen evaluiert werden. Für Risikopatienten mit Lungenerkrankungen ist es besonders wichtig, dass der Strömungswiderstand der Masken klein genug ist, so dass das Atmen nicht behindert wird. Neben den zertifizierten Masken werden auch selbst hergestellte Alltagsmasken verwendet. Im Projekt werden die Nutzungseigenschaften zertifizierter und selbstgemachter Masken gemessen und optimierte Masken durch Verbesserung der Atmungsaktivität und des Tragekomforts unter Verwendung neuer Materialkombinationen entwickelt. Unter standardisierten klinischen Bedingungen werden Patientinnen und Patienten mit chronischen Lungenerkrankungen während des Tragens von Gesichtsmasken charakterisiert. Schließlich soll bei wiederverwendbaren Masken der Einfluss von Sterilisation, Bügeln und Waschen bei hoher Temperatur untersucht werden. Die Firma Junker-Filter wird die Ergebnisse des Projekts bei der Weiterentwicklung der Atemschutzmasken nutzen. Dadurch soll ein Beitrag zur langfristigen gesicherten Versorgung in Deutschland und der EU mit hochwertigen Atemschutzmasken geleistet werden.

Der Förderaufruf beruht auf dem Rapid Response Modul der Förderbekanntmachung „Richtlinie zur Förderung eines Nationalen Forschungsnetzes zoonotische Infektionskrankheiten“ vom 29. Januar 2016 und orientiert sich an der Prioritätensetzung der WHO zu COVID-19. Gefördert werden insbesondere die Entwicklung therapeutischer und diagnostischer Ansätze sowie Forschungsarbeiten, die zum Verständnis des Virus und dessen Ausbreitung beitragen.

Teilprojekte

MaskCFD

Förderkennzeichen: 01KI20241B
Gesamte Fördersumme: 181.809 EUR
Förderzeitraum: 2020 - 2021
Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. Jennifer Niessner
Adresse: Hochschule Heilbronn
Max-Planck-Str. 39
74081 Heilbronn

MaskCFD

Schutzmasken stellen eine vielversprechende Option sowohl zum Selbst- als auch zum Fremdschutz vor SARS-CoV-2 dar. Es ist allerdings weitgehend ungeklärt, wie sich der Abscheidegrad und der Druckverlust der Masken über die Tragezeit entwickeln (Maske wird zunehmend feuchter). Für Risikopatienten mit Lungenerkrankungen ist es besonderes wichtig, dass der Strömungswiderstand (Druckverlust) der Masken klein genug ist, so dass das Atmen nicht behindert ist. Falls nicht genug zertifizierte Masken verfügbar sind, werden selbst hergestellte Alltagsmasken als Option diskutiert. Es gibt allerdings nur wenige systematische und experimentelle Studien darüber, wie diese Masken am besten herzustellen sind, um ein hohes Schutzniveau (Abscheidegrad) bei einem tolerablen Druckverlust und gutem Tragekomfort zu erzielen. Dieses Teilprojekt des Verbunds BioPROTECT-Mask konzentriert sich auf 1) die Identifikation von zertifizierten Masken, die von Risikogruppen mit geringem Atemzug genutzt werden können, 2) die Entwicklung gut schützender und "durchatembarer" selbst hergestellter Alltagsmasken, 3) die Optimierung von Masken mit dem Ziel, den Druckverlust zu reduzieren (geringerer Atemwiderstand) und gleichzeitig den Abscheidegrad (Schutzwirkung) zu erhöhen. Für Letztere werden 3D-Geometrien bestehender Filtermaterialien bestimmt, z. B. basierend auf µCT-Scans. In einer CFD-basierten Optimierung, wird die Schichtabfolge und Schichtdicke der Filtermaterialien variiert mit dem Ziel, Abscheidegrad und Druckverlust zu verbessern im Hinblick auf Selbstschutz (Strömung von außen nach innen) und Fremdschutz (Strömung von innen nach außen). Die optimierten virtuellen Prototypen werden in Teilprojekt 3 als physische Prototypen gebaut. Für diese werden Druckverlust und Fraktionsabscheidegrad über die Tragezeit gemessen, um Empfehlungen zur Trageweise zu geben. Die CFD-Modelle werden validiert. Der virtuelle Prototyp kann dann als Basis für eine Serienentwicklung dienen.