Due ingegneri della Stanford University nella primavera del 2020 quando la pandemia coronavirus Covid-19 ha creato una carenza mondiale di mascherina N95, hanno progettato e dimostrato un metodo efficace e economico per disinfettare i dispositivi di protezione individuale (DPI). Recentemente in due articoli pubblicati nella rivista Applied Optics, hanno descritto come hanno utilizzato la luce ultravioletta (UV) per disattivare un batterio che è accettato come proxy per il virus pericoloso da gestire che causa il coronavirus Covid-19.
Thomas Baer, direttore esecutivo dello Stanford Photonics Research Center (SPRC), autore principale delle due pubblicazioni, una sulla costruzione delle unità e l’altra sui principi di ingegneria di base, ha detto:
«Siamo rimasti sorpresi quando i test hanno indicato che il nostro processo poteva eliminare il 99,9999 per cento degli agenti patogeni in meno di cinque minuti».
Il principale collaboratore di Thomas Baer al progetto è stato Lambertus Hesselink, professore di ingegneria elettrica ed esperto di ottica, ha contribuito a fornire le prove che la decontaminazione basata sulla luce sarebbe stata fattibile ed efficace. Ognuno di loro ha progettato un prototipo di dispositivo per la sterilizzazione delle mascherine che servirà da modello per gli ingegneri fotonici fai-da-te di tutto il mondo, da copiare per l’uso ovunque si trovino.
Thomas Baer ha costruito il primo prototipo rivestendo un cabinet di stoccaggio con un foglio di alluminio e installando 16 apparecchi a luce UV per creare un dispositivo in grado di sterilizzare 40 mascherine in soli cinque minuti. Lo paragona a un grande tostapane, ha detto:
«I toast devono essere abbrustoliti in modo uniforme, anche le mascherine devono essere esposte in modo uniforme. È la stessa geometria con un obiettivo progettuale molto simile».
Lambertus Hesselink ha sviluppato un design alternativo che sfrutta la forma di un bidone della spazzatura in metallo per esporre uniformemente le mascherine ai raggi UV, che uccidono gli agenti patogeni.
Thomas Baer sulla base del progetto di Lambertus Hesselink in circa tre ore ha costruito un dispositivo più piccolo, poi ha dimostrato che questo piccolo sterilizzatore poteva funzionare a energia solare.
Lambertus Hesselink ha detto:
«Il progetto del dispositivo più piccolo decontamina un minor numero di mascherine alla volta, ma è facilmente trasportabile, richiede una potenza minima e può essere utilizzato in aree remote».
Thomas Baer e i suoi collaboratori dopo aver presentato i loro documenti scientifici per la revisione tra pari, per aiutare i team di salute pubblica in contesti con risorse limitate ad utilizzare componenti economici di provenienza locale per costruire le proprie unità di decontaminazione, hanno lavorato a stretto contatto con N95Decon, è un collettivo volontario di scienziati, ingegneri, medici e studenti delle università degli Stati Uniti, nonché altri professionisti del settore privato. N95Decon cerca di rivedere, raccogliere, pubblicare e diffondere informazioni scientifiche per aiutare a prendere decisioni sulla decontaminazione e sul riutilizzo delle mascherine N95.
Thomas Baer ha detto: «Si tratta di semplici modelli open-source, progettati appositamente per essere costruiti facilmente in questi ambienti».
Il team di Stanford per fornire a questi siti stranieri le competenze ed esperienze ingegneristiche locali, ha collaborato con due organizzazioni di portata globale: Lifebox, un’organizzazione no-profit con sede a Londra con un focus medico, e Optical Society Foundation, che ha una rete internazionale di ingegneri fotonici. Il team di Stanford con questi gruppi ha contribuito a lanciare in tutto il mondo 25 iniziative “fai da te” per costruire unità di decontaminazione a base di UV per gli ospedali locali.
Jit Bhattacharya, ha conseguito un master in ingegneria meccanica a Stanford nel 2002 ora vive a Nairobi, in Kenya, impegnato a lavorare per sviluppare tecnologie energetiche, quando è scoppiata la pandemia, ha iniziato a cercare un modo per unirsi alla lotta contro il coronavirus Covid-19. Ha trovato il progetto di Stanford poteva essere organizzato a livello locale.
Jit Bhattacharya ora ha in programma di dimostrare un prototipo al Ministero della Salute del Kenya e in diversi ospedali kenioti. Visto quello che gli ospedali in Kenya stanno pagando per le mascherine N95, il suo sistema UV si ripagherebbe in poche settimane permettendo agli operatori sanitari di riutilizzare le loro mascherine N95 in modo sicuro, invece di smaltirle.
Thomas Baer e Lambertus Hesselink sul fronte domestico in base al loro progetto stanno lavorando con i ricercatori del Wellman Center for Photomedicine del Massachusetts General Hospital per ottenere l’approvazione della Food & Drug Administration statunitense per le camere di decontaminazione UV. Thomas Baer ha detto:
«Molte persone stavano progettando camere di sterilizzazione a raggi ultravioletti senza una chiara comprensione dei necessari vincoli di progettazione. Le nostre pubblicazioni hanno dimostrato gli strumenti di ingegneria ottica appropriati e l’obiettivo delle prestazioni, oltre ad alcuni esempi di costruzione molto semplici».