„Intelligente“ FFP2-Gesichtsmaske warnt den Träger bei Überschreitung der CO2-Grenzwerte

Dec 01, 2023

Bildnachweis: Dreamstime

Von der E&T-Redaktion

Veröffentlicht am Freitag, 4. Februar 2022

Eine neue „intelligente“ Gesichtsmaske, die an der Universität Granada (UGR) entwickelt wurde, sendet über ihr Smartphone eine Warnung an den Träger, wenn die empfohlenen gesunden CO2-Grenzwerte in der Gesichtsmaske überschritten werden.

Das Maskendesign befasst sich mit einem Problem, das seit Beginn der Covid-19-Pandemie deutlich geworden ist: dem CO2, das wir in unseren Gesichtsmasken wieder einatmen. Das Tragen von FFP2-Gesichtsmasken über einen längeren Zeitraum führt aufgrund des Gases, das wir beim Atmen ausatmen, zu einer CO2-Konzentration zwischen Gesicht und Maske, die über der normalen atmosphärischen Konzentration liegt (~ 0,04 Prozent). Die Rückatmung von CO2 kann auch bei gesunden Menschen gesundheitsschädliche Auswirkungen wie allgemeines Unwohlsein, Kopfschmerzen, Müdigkeit, Kurzatmigkeit, Schwindel, Schwitzen, erhöhte Herzfrequenz, Muskelschwäche und Schläfrigkeit haben.

Es ist bekannt, dass diese negativen Auswirkungen sowohl mit der Dauer der Exposition als auch mit der Konzentration des Gases selbst zusammenhängen. Einige Gesundheitsvorschriften empfehlen beispielsweise einen Höchstwert von 0,5 Prozent CO2 in der Arbeitsumgebung (gemittelt über einen Acht-Stunden-Tag) oder dass eine 30-minütige Exposition gegenüber 4 Prozent CO2 als sehr gesundheitsschädlich gilt.

Die neue FFP2-Gesichtsmaske, die an der UGR entwickelt wurde, ermöglicht es, mithilfe einer Smartphone-App die Menge des wieder eingeatmeten CO2 in Echtzeit zu ermitteln. Diese Methode – ein tragbares Gasüberwachungssystem, das sich durch niedrige Kosten, Skalierbarkeit, Zuverlässigkeit und Komfort auszeichnet – stellt einen bedeutenden Fortschritt mit wichtigen gesundheitlichen Vorteilen dar.

Die Studie wurde vom multidisziplinären Forschungsteam „ECsens“ der Abteilungen für Analytische Chemie sowie Elektronik und Computertechnologie der UGR durchgeführt. Gemeinsam entwickelten sie das drahtlose, tragbare Gasdetektionssystem in Echtzeit, das den CO2-Gehalt in der FFP2-Gesichtsmaske überwacht.

Während Standard-Gesichtsmasken lediglich als Luftfilter für den Nasen- und/oder Mundgang fungieren, bietet die Einbeziehung von Sensoren zur Messung spezifischer Parameter von Interesse einen Mehrwert, der ihre Verwendung und Wirksamkeit verbessert und so diese neue „intelligente“ Gesichtsmaske schafft.

Die Autoren der Studie schrieben: „Seitdem die Weltgesundheitsorganisation aufgrund der Ausbreitung von Covid-19 die globale Pandemie ausgerufen hat, wird der allgemeinen Bevölkerung die universelle Verwendung von Gesichtsmasken empfohlen oder vorgeschrieben, um dies zu verhindern.“ schnelle Ausbreitung von SARS-CoV-2.

„Ungeachtet der allgemeinen Belege dafür, dass Gesichtsmasken die Übertragung in der gesamten Bevölkerung reduzieren sollen, besteht auch weitgehende Einigkeit über die möglichen nachteiligen Auswirkungen, die durch ihre längere Verwendung verursacht werden, hauptsächlich als Folge des Anstiegs des Atemwiderstands und der Wiederinhalation von Atemschutzmasken.“ CO2, das sich in der Maske ansammelt.“

Das vom Team vorgeschlagene System basiert auf dem Einfügen eines flexiblen „Tags“ in eine Standard-FFP2-Maske. Dieser Tag besteht aus einem innovativen, speziell entwickelten optochemischen CO2-Sensor sowie der notwendigen Signalverarbeitungselektronik. Sowohl der Sensor als auch die Schaltung sind auf einem leichten, flexiblen Polymersubstrat gefertigt und bilden das sogenannte „Sensoretikett“, das für den Träger keine Beschwerden verursacht. Der Tag benötigt keine Batterien, da er drahtlos über die Nahfeldkommunikationsverbindung (NFC) mit dem Smartphone betrieben wird – ähnlich wie beispielsweise beim drahtlosen Bezahlen über eine Android-App. Die individuell entwickelte App dient auch der Datenverarbeitung, dem Alarmmanagement sowie der Anzeige und Weitergabe von Ergebnissen.

Die UGR-Wissenschaftler führten vorläufige Tests der Maske an Probanden durch, die sowohl einer sitzenden Tätigkeit nachgingen als auch an Personen, die sich körperlich betätigen. Sie beschrieben ihre Ergebnisse wie folgt: „Unsere Ergebnisse, die im Einklang mit früheren klinischen Studien stehen, zeigen CO2-Werte zwischen 2 Prozent bei Tätigkeiten mit geringer Arbeitsbelastung (sitzende Tätigkeiten) und einen Spitzenwert von fast 5 Prozent bei Tätigkeiten mit hoher Intensität.“ körperliche Bewegung.

„Diese Werte liegen deutlich über dem typischen Bereich von 0,04 bis 0,1 Prozent CO2, der in der atmosphärischen Luft oder in typischen Arbeitsumgebungen, die als gesund gelten, zu finden ist. Obwohl es sich bei den von uns durchgeführten Leistungstests nicht um eine formelle klinische Studie handelt, sind sie beabsichtigt um einen Hinweis auf das Potenzial dieses Systems im Bereich tragbarer Sensoren für die nicht-invasive Gesundheitsüberwachung zu geben.“

Die Wissenschaftler betonen, dass ihre Gesichtsmaske zudem zu 100 Prozent umweltfreundlich sei, da sie keine Batterien benötige und stattdessen auf die standardmäßige drahtlose Smartphone-Technologie setze.

Die intelligente Maske hat potenziell vielfältige Anwendungsmöglichkeiten in den Bereichen nicht-invasive Gesundheitsüberwachung, präklinische Forschung und Diagnostik mithilfe tragbarer elektronischer Geräte. Es könnten auch andere Sensoren enthalten sein, um andere interessierende Gase zu erkennen.

Die Studie – „Intelligente Gesichtsmaske zur drahtlosen CO2-Überwachung“ – wurde in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

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