綿あめ製造機でN95レベルのマスクを安価に作る方法を物理学者が考案

日本でも新コロナが感染拡大している中、拡大防止には「マスク」が重要ですね。

そんな中、マスク中でも医療用グレードとなる「N95マスク」に匹敵するフィルター機能があるマスクを「綿あめ製造機」で作り上げるという手法を沖縄科学技術大学院大学(OIST)のマヘッシュ・バンディ准教授が考案しました。

綿アメ製造機でコロナ対応マスクを作る

自家製の布製マスクや、殆どの市販マスクは新コロナのウィルス粒子をブロックする事ができない。しかし、N95マスクは耐電した層が含まれている為、ウイルス粒子をブロックできる唯一利用可能な設計なのです。」と考案者のバンディ准教授は語った。

マスクは手作りを含め市販製など様々なモノが存在しますが、ウイルスを吸着するフィルターの品質には大きな差があります。

低品質のマスクには、ウイルス粒子を吸着ができる「帯電層」が存在しません。

そのため、感染症対策として十分ではありません。

しかし、「N95マスク」のフィルターに匹敵する帯電層は製造が困難であるため、高価かつ供給が不安定という問題がありました。

バンディ准教授が新たに考案したのは、N95マスクに匹敵する高性能帯電層を「綿あめ製造機」から作り上げるという手法。

バンディ准教授は、車のバッテリーを接続して12～14ボルトの直流電流をかけられるようにした綿あめ製造機に「ペットボトルの粉」を投入することで、綿あめ製造機によって加熱されて繊維状になったペットボトルの原料であるポリプロピレンの帯電ナノファイバー生地を作成しました。

綿あめ製造機の構造とN95マスク用の改造

１）ドラム内の中央に高速回転する器に「砂糖３、水１」を入れます。砂糖を粘着したカラメル化させるために160～170度に加熱します。

２）高速回転する器には小さな穴があり、そこから粘着性のカラメル化した砂糖が流れ出て、遠心力により吹き出る粘着性がある砂糖が細かいナノ結晶繊維に引き伸ばされます。同時に割りばしなどの棒で綿菓子型に集めます。

３）教授は綿菓子製造に機に少しの改良を食える。電圧を高電圧（12～14ボルト）に設定します。

　　＊一般的な綿あめ製造機の温度は160度～175度ですが、「ポリプロピレン」の融点は160度。

マスク繊維を作成するためには砂糖の代わりに、粉末状のポリプロピレンポリマー（ペットボトルの粉）を注ぎます。

このように綿あめと同様に器の小さな穴から耐電ナノファイバーに匹敵する生地が放出されます。

電子顕微鏡による比較による

生成された生地ですが、帯電ナノファイバー生地(画像左側)とN95マスクの帯電層(画像右側)の識別可能な構造的差異はないとのこと。

この手法によって作成された帯電ナノファイバー生地3枚と電圧をかけていないナノファイバー生地2枚を交互に重ね合わせ5層のマスクを作成。
この5層のマスクはN95マスクと同レベルのウイルス除去性能を持っていたことが確認されています。

バンディ准教授はソフトマター物理学や応用数学などを生物学的問題に応用する非線形・非平衡物理学ユニットをOISTで研究している人物。

マヘッシュ・バンディ准教授
2020年5月にはCOVID-19に関する国際研究チームの一員として、琉球新報に無症状病原体保有者のCOVID-19拡散リスクを解説する記事を寄稿していました。