In der Corona-Krise rücken die Schweizer Forschenden zusammen. Um den Bedarf der Schweiz mit Schutzmaterial sicherzustellen, haben Forschende der Empa, der ETH Zürich, der EPFL und des Labors Spiez gemeinsam mit einer grossen Anzahl Partnern aus dem Gesundheitswesen und der Industrie das Projekt «ReMask» gestartet. Die Ziele von ReMask sind Technologien zur Wiederverwendung von vorhandenen Masken, die inländische Produktion effizienter Schutzausrüstungen und die Entwicklung alternativer Masken mit neuen Eigenschaften, um Viren zu binden und abzutöten, zu entwickeln.

Die Erkenntnisse von ReMask unterstützten die kürzlich gegründete «National COVID-19 Science Task Force», deren Experten das Bundesamt für Gesundheit (BAG), den Krisenstab sowie andere Bundesstellen bei der Pandemiebewältigung beraten. Eine der Task Force-Aufgaben mit hoher Priorität ist das von Peter Wick (Empa), Sarah Tschudin Sutter (Uni Basel)  und Andreas Mortensen (EPFL) geleitete Bestreben, Projekte zur Herstellung und Wiederverwendung von Schutzmasken zu ermöglichen. Mit ReMask wird dieser multidisziplinäre Ansatz nun umgesetzt. Die Expertengruppe «Masken» der Science Task Force hat nun eine Empfehlung für minimale Qualitätsanforderungen für so genannte "Community Masken" für die Bevölkerung abgegeben. Basierend auf diesen Empfehlungen wird die Empa derartige Community Masken während der derzeitigen Krisensituation temporär untersuchen, bis das entsprechende Knowhow einer unabhängigen Stelle übertragen werden kann.

Schutzmasken: Drei Typen für unterschiedliche Zwecke

Chirurgische Masken sollen verhindern, dass grössere Tröpfchen mit Krankheitserregern vom Träger abgesondert werden. Den Träger schützen sie daher weniger, da kleine Partikel nach innen passieren können und die Maske nicht dicht am Gesicht anliegt. Die Umgebung schützen sie hingegen vor virushaltigen Tröpfchen eines infizierten Trägers. Anders die Atemschutzmasken vom Typ FFP-2 (engl. «filtering face piece»): FFP-2-Masken sollen den Träger vor Schadstoffen und Krankheitserregern in der Luft schützen. Die kleinsten Partikel, die abgefangen werden können, sind rund 600 Nanometer gross. Beide Maskenarten sind derzeit nur zum einmaligen Tragen vorgesehen.

Als Drittes sind die sogenannten Community-Masken oder Hygiene-Masken zu nennen, die nicht unter die zertifizierten Normen der beiden anderen Maskentypen fallen. Die Verwendung von Community-Masken ist – wie der Name sagt – für die breite Bevölkerung gedacht als Möglichkeit, das Übertragungsrisiko zu  minimieren und damit die Umgebung zu schützen. 

In den Empa-Labors sind für die kurzfristige Überbrückung von Engpässen bereits Forschungsprojekte angelaufen, um die Wiederverwendung von Masken zu ermöglichen. Dies sorgt darüber hinaus auch langfristig für einen nachhaltigeren Umgang mit den Materialressourcen. Dabei muss unter anderem geklärt werden, wie sich die Masken zerstörungsfrei sterilisieren lassen, wie sie haltbar gelagert werden können und wie sich ihre Effektivität auch nach mehrfachem Gebrauch zweifelsfrei nachweisen lässt.

Damit für diese Versuche keine gefährlichen Viren eingesetzt werden müssen, arbeiten die Forscher mit nicht-infektiösen Partikeln, die das Geschehen an der Innen- und Aussenseite einer Maske im Sinne einer Tröpfcheninfektion simulieren. «Wir entwickeln derzeit Apparaturen, mit denen sich diese Simulationen erreichen lassen», sagt Empa-Forscher René Rossi vom «Laboratory for Biomimetic Membranes and Textiles» in St. Gallen. Ebenso müssen weitere Eigenschaften der Masken wie Luftdurchlässigkeit (<60 Pa/cm²), Spritzwasserresistenz (undurchlässig von Spritzwasser) oder die Effizienz der Filtration gegen kleine Partikel (Filtrationseffizient von 70 % bei Partikeln mit einer Grösse von 1 Mikrometer) untersucht werden. Die Versuchsprotokolle, die hierbei erarbeitet werden, sollen grossflächig an Unternehmen, die Masken, Filter und Schutzausrüstung herstellen, verteilt werden. «Es geht um einen zeitnahen, gesamtschweizerischen Effort», so Rossi. Daher arbeite man nicht mit einem einzelnen Industriepartner zusammen, sondern habe die gesamte Branche ins Boot geholt.

 ReMask Konsortium

Für das ReMask-Projekt haben sich Experten aus der Forschung, dem Gesundheitswesen und der Industrie zusammengeschlossen, um zeitnah dringend benötigte Produkte, Konzepte und Technologien für die Bekämpfung von COVID-19 bereitzustellen. An der Empa sind das «Laboratory for Biomimetic Membranes and Textiles», das «Particles-Biology Interactions Lab», das «Transport at Nanoscale Interfaces Laboratory», das «Center for X-ray Analytics» und das «Biointerfaces» Labor beteiligt.
Partner: ETH Zürich, EPFL, Labor Spiez, Universitätsspital Zürich, Inselspital Bern, «Centre hospitalier universitaire vaudois» (CHUV), «Hôpitaux Universitaires de Genève» (HUG), Kantonsspital Wintertur, Spital Wallis, Regio 144 AG, Indema AG sowie 200 Firmen des Branchenverbands Swiss Textiles (https://subitex.empa.ch)

Mittel- und langfristige Ziele von ReMask beinhalten zudem die Entwicklung und Produktion von neuartigen Masken und Maskenteilen. So sollen zusätzliche Schichten auf der Innen- und Aussenseite herkömmlicher Masken deren Langlebigkeit und Funktionalität verbessern. Auf der Innenseite der Masken soll eine Wasser-bindende Schicht die Feuchtigkeit aus dem Atem des Trägers binden. Auf der Aussenseite hingegen soll das Coronavirus gezielt geblockt werden. Bekannt ist bereits, dass die Kronen-artige Erregerhülle elektrisch negativ geladen ist. «Eine Beschichtung von Fasern oder Membranen, die positiv geladen ist, würde das Virus an der Aussenseite der Maske elektrostatisch binden und somit blockieren», erklärt Rossi. Ausserdem wollen die Forscher Textilien mit Virus-abtötenden Eigenschaften entwickeln. Rossi: «Wir verfolgen mehrere Ansätze, mit denen sich Coronaviren, die auf dem Textil landen, inaktivieren lassen.»

Aufgebaut wird hierbei auf das Wissen, das im Zuge eines Vorgängerprojekts erarbeitet werden konnte. Innerhalb dieses Projekts der Empa und der EPFL, wurde ein Mundschutz entwickelt, der mit einer neuartigen Filterfolie ausgestattet ist. Standhalten müssen diese neuartigen, robusteren und leistungsfähigen Masken ebenfalls den Testverfahren, die jetzt schon für gebrauchte Masken implementiert werden.

Für die Produktion und Funktionalisierung von Schutzmasken werden Schweizer Unternehmen zum Zuge kommen. So ist ReMask neben einem Forschungs- auch ein Wirtschaftsförderungsprojekt, das in der Corona-Krise für Aufträge an Schweizer Unternehmen sorgt.

Support für Start-ups

In den vergangenen Jahren sind mehr als die Hälfte aller schweizerischen «deep tech» Start-ups aus Institutionen des ETH-Bereichs hervorgegangen, wodurch neue Technologien, Dienstleistungen und Arbeitsplätze entstanden sind. Damit die innovative und wirtschaftsfördernde Leistung von Start-up-Unternehmen in der Schweiz nicht durch die Corona-Krise gefährdet wird, hat der ETH-Bereich kürzlich eine neue Initiative gestartet, an der auch die Empa beteiligt ist. Die «COVID-19 Start-up-Task Force» soll die hochqualifizierten Jungunternehmen in der derzeitigen Krisensituation unterstützen. Zudem nutzt sie Synergien und Kontakte zu den Wirtschaftsexperten der «Nationalen COVID-19 Science Task Force» sowie den wichtigsten Stakeholdern im schweizerischen Start-up-Ökosystem.