La pénurie d'équipements de protection individuelle (EPI) à la disposition des professionnels de la santé est devenue de plus en plus problématique à mesure que les cas de Covid-19 continuent d'augmenter. Le volume considérable d'EPI nécessaire pour assurer la sécurité des médecins, des infirmières et de leurs patients dans cette crise est intimidant – par exemple, des dizaines de millions de protections faciales jetables seront nécessaires chaque mois dans tout le pays. Cette semaine, une équipe du MIT a lancé la fabrication en série d'une nouvelle technique pour répondre à la forte demande de protections faciales jetables.

La conception du masque facial en une seule pièce sera réalisée en utilisant un processus connu sous le nom de découpe. Les machines découperont la conception de milliers de feuilles plates par heure. Une fois que les boîtes de ces draps plats arrivent dans les hôpitaux, les professionnels de la santé peuvent rapidement les plier en écrans faciaux tridimensionnels avant de s'adapter à leur visage.

Le MIT lance la fabrication en série d'écrans faciaux jetables pour la réponse Covid-19

«Ces écrans faciaux doivent être fabriqués rapidement et à faible coût car ils doivent être jetables», explique Martin Culpepper, professeur de génie mécanique, directeur de Project Manus, et membre de l'équipe de gouvernance du MIT sur les opportunités de fabrication pour Covid-19. «Notre technique combine des matériaux à faible coût avec une fabrication à haut débit qui a le potentiel de répondre aux besoins des écrans faciaux à l'échelle nationale.»

Culpepper et son équipe du Projet Manus ont dirigé le développement de la technique en collaboration avec un certain nombre de partenaires du MIT, des hôpitaux locaux et de l'industrie. L'équipe a travaillé en étroite collaboration avec l'équipe de sensibilisation médicale du MIT et l'unité de gestion de crise créée par la vice-présidente à la recherche Maria Zuber et dirigée par Elazer R. Edelman, professeur Edward J. Poitras en génie médical et en sciences au MIT.

Prolonger la durée de vie des masques faciaux

Lorsqu'ils sont utilisés correctement, les masques faciaux doivent être changés chaque fois qu'un médecin ou une infirmière traite un nouveau patient. Cependant, au cours du mois dernier, de nombreux professionnels de la santé ont été invités à porter un masque facial par jour. Ce masque pourrait contenir des particules virales – contribuant potentiellement à la propagation de Covid-19 dans les hôpitaux et mettant en danger les professionnels de la santé.

«Le manque d'équipements de protection adéquats ou l'idée de réutiliser des équipements potentiellement contaminés fait particulièrement peur aux agents de santé qui mettent leur vie, et par extension la vie et le bien-être de leurs familles, en jeu tous les jours», explique Edelman, qui est également directeur de l'Institut du génie médical et des sciences du MIT (IMES) et chef du groupe de travail sur les EPI du MIT.

Les écrans faciaux peuvent résoudre ce problème en fournissant une autre couche de protection qui couvre les masques et les visages entiers tout en prolongeant la durée de vie des EPI. Les boucliers sont faits de matériaux transparents et ont une forme similaire à celle d'un masque de soudeur. Ils protègent le professionnel de la santé et son masque facial de tout contact direct avec les particules virales propagées par la toux ou les éternuements.

«Si nous pouvons ralentir la vitesse à laquelle les professionnels de la santé utilisent des masques faciaux avec un écran facial jetable, nous pouvons faire une réelle différence dans la protection de leur santé et de leur sécurité», explique Culpepper.

Culpepper et son équipe de Project Manus ont décidé de concevoir un écran facial qui pourrait être rapidement produit à une échelle suffisamment grande pour répondre à la demande croissante. Ils ont atterri sur un design plat que les gens pouvaient rapidement plier en une structure tridimensionnelle lorsque le bouclier était prêt à l’emploi. Leur conception comprend également une protection supplémentaire avec des rabats qui se replient sous le cou et sur le front.

Comme une grande partie du campus du MIT s'est arrêtée à la lumière des mesures de distanciation sociale mises en place, Culpepper a commencé le prototypage à l'aide d'un cutter laser qu'il avait dans sa maison. Parallèlement à la conception de ses enfants, il a testé différents matériaux et a réalisé les 10 premiers prototypes à la maison.

«Lorsque vous pensez aux matériaux, vous devez garder à l’esprit les chaînes d’approvisionnement. Vous ne pouvez pas choisir un matériau qui pourrait s’évaporer de la chaîne d’approvisionnement. C'est un problème difficile dans cette crise », explique Culpepper. Après avoir testé quelques matériaux qui se fissuraient et se cassaient lorsqu'ils étaient pliés, l'équipe a choisi le polycarbonate et le polyéthylène téréphtalate glycol – plus communément appelé PETG – comme matériau du bouclier.

En plus de créer plus de prototypes au Project Manus Metropolis Makerspace à l'aide d'un cutter laser, Culpepper a travaillé avec le professeur Neil Gershenfeld et son équipe au Center for Bits and Atoms (CBA) du MIT sur des conceptions de prototypage rapide pour les tests à l'aide d'un cutter grand format Zund .

L'équipe de Gershenfeld au CBA travaille sur un certain nombre de projets de réponse aux coronavirus en utilisant son installation de fabrication numérique au MIT ainsi que le réseau mondial de Fab Lab qu'elle a lancé. «Le site de réponse aux coronavirus est une excellente ressource pour ceux qui sont intéressés à travailler sur des solutions pour les EPI et des dispositifs pour la pandémie de Covid-19», ajoute Culpepper.

«Ce fut un plaisir en cette période difficile de collaborer avec un groupe aussi impressionnant, en tirant parti de tous les atouts de l'Institut pour définir et affiner rapidement une solution à un besoin urgent», explique Gershenfeld. «Le travail au MIT sera précieux au-delà de son impact local immédiat, en tant que référence des meilleures pratiques pour les nombreux autres projets de masques faciaux émergents dans le monde.»

Test du bouclier dans les hôpitaux locaux

Une fois un certain nombre de prototypes fonctionnels construits, Culpepper et son équipe sont passés à la phase de test après avoir consulté Edelman, qui est également médecin.

«La plus grande insécurité d'un fournisseur de soins de santé est la pensée que nous serons infectés et que, ce faisant, nous ne pourrons pas accomplir nos tâches ou infecter les autres», ajoute Edelman.

Edelman a montré comment stocker, assembler et utiliser les écrans faciaux pour les infirmières et les médecins dans un certain nombre d'hôpitaux de la région. Les participants ont ensuite été invités à les utiliser dans des situations réelles et à fournir des commentaires à l'aide d'un sondage d'une page.

La rétroaction a été extrêmement positive – les participants ont constaté qu'en plus d'être faciles à assembler et à utiliser, les boucliers conçus par le MIT offraient une bonne protection contre le contact avec des particules virales par des éclaboussures ou des particules aérosolisées.

Armée de ces commentaires, l'équipe de Culpepper a apporté quelques ajustements mineurs à la conception pour maximiser la couverture sur les côtés et le cou des utilisateurs. Une fois la conception finalisée, le projet est passé cette semaine à la fabrication de masse à haut débit.

Fabrication de masse à haut débit

Les machines de découpe utilisées dans la fabrication en série produiront les écrans faciaux plats à raison de 50 000 écrans par jour en quelques semaines. Le fabricant continuera d'accélérer et d'augmenter le taux de fabrication avec la possibilité de fabriquer dans plus de 80 installations à l'échelle nationale.

«Ce processus a été conçu de telle manière qu'il est possible d'augmenter jusqu'à des millions de masques faciaux produits par jour», explique Culpepper. «Cela pourrait très rapidement devenir une solution nationale pour les pénuries de masques faciaux.»

Le MIT prévoit d'acheter les 40 000 premiers écrans faciaux à faire don aux hôpitaux locaux de la région de Boston cette semaine et les installations de fabrication en feront don de 60 000.

«Avoir un approvisionnement adéquat et peut-être même infini d'EPI est absolument essentiel pour garantir la sécurité de toute la population, en particulier de ceux qui soignent les patients de Covid-19», ajoute Edelman.

Tout au long du processus, l'équipe de Culpepper a reçu l'aide d'un certain nombre de collègues et de départements du MIT. Cela comprend le bureau du vice-président à la recherche du MIT, le professeur Elazer Edelman, Tolga Durak, directeur général du bureau de l'environnement, de la santé et de la sécurité du MIT, le Center for Bits and Atoms, MIT Procurement Operations, le MIT's Office of the General Counsel, MIT's Department du génie mécanique, et des collègues du MIT Lincoln Laboratory, qui ont aidé à la source de matériaux pour construire les écrans faciaux et pris en charge les itérations de conception. Ils ont également reçu des conseils de collègues du MIT travaillant avec le Massachusetts Technology Collaborative, qui aide à organiser les fabricants pour la réponse Covid-19.

«Ce projet était un excellent exemple de collaboration entre le MIT et l’emploi de l'esprit-cœur-main. Lorsque nous avons tendu la main aux autres, ils ont tout laissé tomber pour mettre leur esprit et leurs mains au travail et nous aider à y arriver rapidement », explique Culpepper. «C'est également un excellent exemple pour les autres de rechercher des EPI innovants en toute sécurité et rapidement pour Covid-19.»