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当瘟疫降临他们曾设计过这样的防护装备

  1656年,Paul Fürst 创作了这样一幅版画作品:一位马赛的瘟疫医生(Doctor Schnabel,中世纪时期专门负责治疗黑死病患者的医师)戴着黑色的皮手套,身着多层布料编织涂蜡而成的厚重长袍,鸟喙状面具之下,鼻腔里装满了棉花、樟脑、薄荷、鹳草甚至鸦片等制成的草药,用以防止瘴气进入、瘟疫入侵。这就是著名的“罗马的鸟喙医生”,看似荒诞的装备,诞生于鼠疫大爆发的年代。从《瘟疫年纪事》、1918至1919年间席卷全球的西班牙流感,再到SARS、MERS、埃博拉、寨卡、2019新型冠状病毒的爆发…… 随着各类突发新生人类病原体的入侵,在对自然心存一份敬畏的同时,如何做好防护,将是未来全球所要不断面对的问题,亟待更为专业的解答。

  Paul Fürst 版画作品的1721年版本,一位马赛的瘟疫医生被描述为“罗马鸟喙医生”,鸟喙状面具之下的鼻腔里装满了草药,身着长皮革外套或上蜡的长袍,佩戴手套、宽边帽,以防瘟疫入侵。

  COVID-19 新型冠状病毒肺炎爆发期间“全副武装”的市民和宠物。6up扑克之星亚洲版下载,图片源自网络

  2014年,埃博拉病毒席卷了利比里亚、几内亚和塞拉利昂,之后扩散到尼日利亚、马里、西班牙、德国和美国等地。身处极端高温潮湿的环境下,医护人员执行着挽救生命的任务,真实的抗疫前线所面临的巨大挑战,促使了美国国际开发署(USAID)与白宫科学技术政策办公室等机构联合发起了“阻击埃博拉疫情:发展的巨大挑战”项目(Fighting Ebola: A Grand Challenge for Development),通过众包、竞争与合作伙伴关系等方式,推进应对重大公共卫生事件的突破创新,并为未来潜在的疾病大爆发做好准备。约翰·霍普金斯大学生物创新与设计中心(CBID)和 JHPIEGO 联合设计的“Johns Hopkins 个人防护设备原型”(简称 Johns Hopkins Prototype),就是其中脱颖而出的14项设计之一。

  上Johns Hopkins 个人防护设备原型重新设计了埃博拉疫情期间医护人员的PPE防护服,新设计保障了快速脱卸、能见度以及覆盖率,降低感染风险。©Johns Hopkins University

  上改进之前的个人防护服(PPE)设计,面罩容易起雾,对视线片防护装备需要助手协助摘脱,31步脱衣步骤要花去20分钟。

  在 Johns Hopkins 大学改造设计之前,普遍所用的埃博拉个人防护服(PPE)设计存在诸多问题。面罩容易起雾,从而对视线片防护装备需要助手协助摘脱;31步脱衣步骤,往往会花去医护人员20分钟的时间。在此基础上, Johns Hopkins 团队开发的第一代防护服包括快速脱卸的工作服,以及能见度更高的面罩,第二代则将这两种产品组合成一个整体套装,缩短了医护人员的摘脱时间,从而也大大降低了感染风险。他们还试图通过结合冷却功能,以增加防护服的可穿着时间,增加舒适度。设计过程也密切关注了批量生产的可制造性及成本,以便快速进入生产。

  上医护人员在高温下每小时的出汗量可达1.5公升,并且面罩容易起雾,易对视线和交流造成阻碍,改进之后的埃博拉防护服原型设计配备的个人降温系统,试图解决这一难题。© Johns Hopkins University

  Johns Hopkins 大学在这次设计项目前期举办了类似黑客松(hackathon)的活动,试图在指出原有 PPE 防护服设计实际存在的问题基础上进行改进,70名参与者中包括了传染病研究专业人士、设计师、工程师以及医学院的学生。为解决穿脱方面的难题,这款设计最终利用了多个拉链和便于摘脱的紧固件(fastener),使穿着者无需接触防护服外表面,减少潜在的感染风险。肩部设有的两个固定可脱卸拉链装置,只要穿着者弯腰并踩在两条带子上站立,即可轻松将防护服脱下。内外双层的手套设计,也更易于外套的整体脱落。

  同时,这套防护服在布料上沿用了 PPE 防护服的 Tyvek 或 Tychem 材质,从而能够更快速地投入生产。Johns Hopkins 大学生物工程与设计中心负责人 Youseph Yazdi 教授这样说道:“这项特殊的合作汇集了 Johns Hopkins 生物医学的独创性,Jhpiego 组织的全球医疗经验,以及 DuPont 的战略生产创新,从而帮助挽救生命。通过埃博拉疫情,我们相信这套防护服的设计改良,也将对未来的传染病暴发产生影响。”

  上“埃博拉疫情:发展的巨大挑战”项目(Fighting Ebola: A Grand Challenge for Development)所涉及的领域包括:信息宣传技术、个人防护设备、医疗与净化设备、医护人员工具、行为变化。/p>

  2014年12月10日,美国《时代》杂志将这一年的“年度人物”授予了抗击埃博拉的医护人员,并将这一群体称为“埃博拉斗士”。那一年,埃博拉夺走了360名医护人员的生命。这场名为“阻击埃博拉疫情:发展的巨大挑战”的项目所涉及领域包括:信息宣传技术、个人防护设备、医疗与净化设备、医护工具、行为观察等各个方面,希望解决人类面临重大公共卫生事件时,所遇到的实际障碍。以下是几项入围的设计:

  上贝勒医学院获得拨款建造用于对抗埃博拉的医疗仓(ESP),每单元可容纳8张病床。

  贝勒医学院(Baylor College of Medicine)设计的埃博拉医疗仓获得了美国国际开发署的款项,便携式的易组装治疗装置被称为“紧急智能仓”(Emergency Smart Pods,简称 ESP),每单元可容纳8张病床,便于快速建造。ESP 还提供患者和供应跟踪系统,其他功能还包括废物处理和消毒系统、空调设备、HEPA 过滤,以及连接多个单元以便增加床位容量的组合功能。同时配备的“智能”应用程序,可以促进临床质量和效率。

  由 TOMI Environmental Solutions 设计的易组装的消毒室可以在不到3分钟的时间内对医护工作者和设备进行消毒,据称消杀率达到99.9999%,无需使用危险化学制品。在埃博拉疫情中,西非医护工作者使用的漂白剂溶液必须在表面保持浸润10分钟后才能起效,但在高温环境下,溶液会过早被蒸发。这些消毒茧室设计结合常用的原材料和创新净化系统,便于快速建造,并以各种价格进行改产,可用于对PPE防护服、电子设备,以及耐用便携式和精细的医疗设备的消毒。

  上Kinnos Highlight 是一种粉末状漂白剂添加剂,通过实时的视觉反馈来提高需杀消表面的充分覆盖率。

  由哥伦比亚大学 KINNOS INC 研发的 Highlight 漂白消毒液粉状添加剂,可以使常用的漂白剂溶液着色,从而使消毒区域可视化,以便完全覆盖于所有需要杀消的表面。着色粉剂经设计可在15分钟后褪色,从而指示净化完成的时间。由于世界卫生组织(WHO)消毒规程中所建议推广的漂白剂很难确保完全覆盖杀消表面,且不易于粘附于 PPE 防护服等防水材料之上,这样的低成本设备,可以充分保证疫情中的杀消覆盖率和完成度。

  上由斯克里普斯转化科学研究所(Scripps Translational Science Institute)参与设计的病人传感器,利用了可穿戴和分析技术,类似创可贴的设计,可抛弃也可支持蓝牙设备。它将持续测量病人重要的生命体征,并行远程监控。

  上此外,近年来发明的可穿戴式传感器设备还包括:斯坦福大学研究人员开发的可伸展可穿戴式传感器,可以追踪人体健康状况并将这些读数发送到衣服的RFID接收器上。©Bao Lab, Stanford University(上);

  由斯克里普斯转化科学研究所(Scripps Translational Science Institute)参与设计的患者便携式传感器,利用了可穿戴和分析技术,外形类似创可贴的设计,既可抛弃又可支持蓝牙设备。它将持续测量病人重要的生命体征,包括 ETU 和被疑似病例的心率、呼吸频率、体温和血氧饱和度。该工具可进行远程监控,改善患者的护理状况,并在一定程度上确保了医护人员的安全。由于医护的个人防护设备过于笨拙,并且可医治时间有限,因此这样的设计可以持续地测量患者的生命体征,与此同时,测量的结果与提供实时自动化分析和可操作信息的平台相结合,得以尽早进行干预,安全地监视患者的病情,有效诊断并重新分配资源,缩短了费时费力的测量过程。