Nguồn gốc ít biết của khẩu trang N95

Thật khó tìm được biểu tượng nào phù hợp với đại dịch Covid-19 hiện nay hơn chiếc mặt nạ phòng độc N95. Chiếc khẩu trang vừa khít quanh mặt và có khả năng lọc tới 95% các hạt li ti trong không khí, như virus, khói độc, điều mà những trang thiết bị khác (như khẩu trang phẫu thuật) không thể làm được. Trang bị cứu sinh giờ đây đang trở nên thiếu hụt trên toàn cầu và nó đại diện cho những thách thức cực đoan nhất mà thế giới đang đối mặt trong cuộc chiến với Covid-19.

Vậy làm thế nào một miếng chụp polymer mỏng manh như vậy lại trở thành thiết bị y tế quan trọng nhất của thế kỷ 21 – đặc biệt trong hoàn cảnh hiện nay? Mọi chuyện bắt đầu vào năm 1910 từ một bác sỹ ít tên tuổi, người muốn thế giới khỏi một trong những căn bệnh tồi tệ nhất từng được biết đến.

Những thiết kế khẩu trang đầu tiên

Theo ông Christos Lynteris – giảng viên cao cấp tại Khoa Nhân loại Xã hội học của trường Đại học Saint Andrew – từ rất lâu trước khi biết rằng vi khuẩn và virus có thể phát tán trong không khí và gây bệnh cho chúng ta, mọi người đã sử dụng khẩu trang che mặt – nhưng không hẩn là để ngăn ngừa lây lan dịch bệnh.

Mặt nạ phòng bệnh dịch hạch dành cho các bác sĩ thế kỷ 17

Lúc đó mọi người quan niệm rằng các căn bệnh như dịch hạch là do chướng khí, hay khí độc bốc lên từ dưới mặt đất. Quan niệm này đã thúc đẩy việc thiết kế nên những chiếc mặt nạ phòng bệnh nổi tiếng trên khắp châu Âu vào những năm 1600. Những chiếc mặt nạ hình thon dài này mô phỏng lại mỏ chim và có 2 lỗ thở ở cạnh có thể đặt nhang (hoặc hương) vào đó.

Mọi người cho rằng bằng việc ngăn mình ngửi thấy mùi của bệnh dịch hạch, họ sẽ không bị nhiễm căn bệnh chết người này. Các bác sỹ - những người được giao nhiệm vụ xác định dịch bệnh – sẽ đeo các mặt nạ này và đánh dấu người nhiễm bệnh bằng cách gõ gậy vào đó.

Phải đến những năm 1870, khi các nhà khoa học biết nhiều hơn về vi khuẩn, quan niệm về chướng khí dần được bác bỏ cùng với thiết kế kinh dị của chiếc mặt nạ phòng độc trên.

Bức hình mô tả sự rùng rợn của các bác sĩ dịch hạch thời xưa

Từ năm 1897, các bác sĩ mới bắt đầu đeo khẩu trang phẫu thuật khi làm việc. Nhưng vào thời điểm đó, chúng không khác gì một chiếc khăn mùi soa quấn quanh mặt, và chúng cũng không được thiết kế để lọc các hạt mang bệnh trong không khí – ngay cả bây giờ cũng vậy. Chúng được tạo nên chỉ để ngăn bác sĩ ho hoặc hắt hơi vào vết thương khi phẫu thuật.

Đây chính là khác biệt quan trọng nhất giữa khẩu trang và mặt nạ phòng độc. Đây cũng là lý do vì sao các chuyên gia y tế rất lo lắng khi họ đang được hướng dẫn đeo khẩu trang phẫu thuật khi tiếp xúc với các bệnh nhân Covid-19, trong khi không có mặt nạ phòng độc. Các mặt nạ phòng độc này không chỉ được làm từ loại vật liệu khác so với khẩu trang, mà còn rất khít với gương mặt, để việc lọc không khí thở hiệu quả tối đa.

Mặt nạ phòng độc đầu tiên – khai sinh ra từ bệnh dịch và sự kỳ thị

Vào mùa thu năm 1910, một bệnh dịch bùng phát tại Mãn Châu – thời điểm đó đang là một khu vực tranh chấp phức tạp giữa Nga và Trung Quốc. Trong khi căn bệnh này gây ra tỷ lệ tử vong cao khủng khiếp, đến "100% người nhiễm bệnh, không ai sống sót" – như ông Lynteris cho biết, nó cũng tạo nên một cuộc chạy đua về khoa học. Cả Nga và Trung Quốc đều muốn chứng tỏ khả năng khoa học của mình, để từ đó đưa ra các yêu sách về chủ quyền.

Phía Trung Quốc cử một bác sĩ trẻ có tên Wu Lien-the dẫn đầu nỗ lực của mình. Dù tốt nghiệp tại Cambridge, nhưng giữa đội ngũ đông đảo các nhà khoa học quốc tế và bác sĩ từ khắp nơi trên thế giới để tìm hiểu về căn bệnh chết người này, Wu trở nên "hoàn toàn không quan trọng". Nhưng sau khi khám nghiệm một tử thi, Wu nhận định rằng bệnh dịch này lây lan qua không khí, chứ không phải qua bọ chét như nhiều người nghi ngờ.

Các nhân viên y tế với khẩu trang chống dịch trong việc bùng phát bệnh viêm phổi tại Mãn Châu năm 1910.

Với nhận định này và dựa trên những khẩu trang phẫu thuật mà anh từng thấy ở phương Tây, Wu thiết kế nên loại mặt nạ vững chãi hơn từ băng gạc và bông, có thể quấn kín quanh mặt và được bổ sung nhiều lớp vải để lọc không khí. Phát minh của ông là một bước đột phá vào lúc đó, nhưng đón nhận nó chỉ là những ánh mắt ngờ vực và miệt thị của các đồng nghiệp.

Lynteris cho biết: "Có một bác sĩ già nổi tiếng trong khu vực, một bác sĩ người Pháp (Gérald Mesny) … và khi Wu giải thích với bác sĩ người Pháp về giả thuyết của mình rằng bệnh dịch này là viêm phổi và lây qua không khí, ông người Pháp đã lăng mạ ông ta … theo một cách kỳ thị "Chúng ta có thể kỳ vọng gì từ một người Trung Quốc chứ?" Và để chứng minh cho quan điểm của mình, Mesny đi vào và chăm sóc người bệnh trong bệnh viện mà không mang mặt nạ của Wu, và ông ta chết 2 ngày sau đó vì căn bệnh này."

Cho dù các bác sĩ khác trong khu vực cũng nhanh chóng phát triển loại mặt nạ riêng của mình, nhưng mặt nạ của Wu đã chiến thắng tất cả. Nó có một thiết kế tuyệt vời. Nó có thể làm bằng tay từ các vật liệu rẻ tiền và sẵn có.

Từ tháng Một đến tháng Hai năm 1911, việc sản xuất mặt nạ gia tăng với tốc độ chóng mặt khi mọi người đều đeo nó. Từ các nhân viên y tế, binh lính và một số người còn đeo chúng hàng ngày nữa. Không chỉ giúp ngăn chặn lây lan bệnh dịch, những chiếc mặt nạ này còn trở thành biểu tượng của y học hiện đại.

Và đến khi dịch cúm Tây Ban Nha xuất hiện vào năm 1918, mặt nạ của Wu càng trở nên nổi tiếng hơn trong giới khoa học cũng như công chúng. Các công ty trên toàn thế giới tăng cường sản xuất các mặt nạ tương tự như vậy để giúp giảm bớt sự lây lan dịch cúm.

Nhân viên nhà xe và hành khách đeo khẩu trang trong đại dịch cúm năm 1918.

Và rồi khẩu trang N95 ra đời

Khẩu trang N95 chính là một hậu duệ từ thiết kế của ông Wu. Trong chiến tranh thế giới thứ Nhất và thứ Hai, các nhà khoa học đã phát minh ra các loại mặt nạ lọc khí độc bao kín đầu người dùng để làm sạch khí thở. Những mặt nạ tương tự như vậy, nhưng được lót thêm cả bộ lọc sợi thủy tinh, bắt đầu được sử dụng trong ngành khai mỏ để ngăn bệnh phổi đen.

Dù hiệu quả trong việc bảo vệ sức khỏe, nhưng chúng khá cồng kềnh và nặng nề. Lý do chính nằm ở bộ lọc. Ngoài ra sợi thủy tinh làm việc hít thở khó khăn hơn và thiết kế trùm kín đầu khiến người đeo bị nóng. Chính vì vậy, điều này lại gây nguy hiểm cho những người làm việc trong môi trường xây dựng khi họ thường xuyên hít phải amiăng nhưng lại không muốn đeo các mặt nạ này do các công trường xây dựng vốn đã khá nóng.

Loại mặt nạ phòng độc sử dụng trong Thế chiến thứ nhất.

Vì vậy, đến những năm 1970, Cục Mỏ và Viện Sức khỏe và An toàn Quốc đã tạo ra những tiêu chí đầu tiên cho "các mặt nạ phòng độc sử dụng một lần".

Hãng 3M chính là công ty đầu tiên phát triển nên loại khẩu trang ngăn bụi N95 sử dụng một lần và được chấp thuận vào năm 1972. Thay vì dùng sợi thủy tinh, công ty tái sử dụng một công nghệ mà họ từng phát triển để làm các dải băng cứng hơn cho bộ lọc. Công ty sử dụng polymer nóng chảy và thổi nó vào các lớp sợi nhỏ để làm các sợi này trở nên cứng hơn và dùng chúng làm bộ lọc.

Do vậy, các hạt trong không khí, cho dù là vi bụi silic hay virus, khi đi qua bộ lọc này sẽ bị mắt kẹt trong mê cung các sợi cứng đó. Ngoài ra 3M còn bổ sung thêm điện tích cho lớp vật liệu lọc này, giúp hút được cả các vi hạt còn nhỏ hơn nữa về phía các sợi này. Trong khi đó, do lỗ trống giữa các sợi này khá lớn, người dùng vẫn có thể hít thở dễ dàng.

Nhưng đến một lúc nào đó, khi chỗ trống này được những vi hạt này lấp đầy, việc hít thở sẽ khó khăn hơn. Đó là lý do vì sao khẩu trang N95 không thể dùng lâu hơn 8 tiếng mỗi lần trong môi trường nhiều bụi. Nó vẫn được lọc được khói bụi và các vi hạt sau đó, nhưng việc hít thở sẽ trở nên khó khăn hơn, và đó là lý do cho việc thay thế nó hàng ngày.

Và nhiều thập kỷ sau đó, khẩu trang N95 dần dần được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau trước khi nhu cầu về mặt nạ phòng độc tăng vọt vào những năm 1990 khi bênh lao kháng thuốc gia tăng trở lại.

Để ngăn chặn vi khuẩn lao phát tán trong không khí, khẩu trang N95 trở thành trang bị tiêu chuẩn cho nhân viên chăm sóc sức khỏe, và các bác sĩ cũng bắt đầu đeo chúng để giúp đỡ các bệnh nhân lao. Ngay cả như vậy, các mặt nạ phòng độc này cũng hiếm khi được sử dụng trong các bệnh viện ngày nay, và nhu cầu về chúng chỉ tăng vọt vào những đợt bùng phát dịch như Covid-19 hiện nay.

Còn với Trung Quốc, những mặt nạ phòng độc như thiết kế của Wu chưa bao giờ hết quan trọng với đất nước này. Gần đây nhất là trong đợt bùng phát dịch bệnh SARS, người dân  Trung Quốc đã phải đeo các đồ bảo vệ khuôn mặt này để ngăn chặn việc lây lan căn bệnh này. Sau đó khi các thành phố như Bắc Kinh bị ô nhiễm không khí, mọi người cũng tăng cường đeo khẩu trang để lọc khí độc.

Khẩu trang N95 không hoàn hảo. Nó được thiết kế để bó sát vào mặt người dùng, kể cả trẻ em hay người có râu quai nón, nhưng nếu không được gắn kín lại, nó sẽ không hoạt động tốt như quảng cáo. Hơn nữa, những biến thể của N95 để sử dụng trong các phòng có nguy cơ cao lại không có van thở ra, vì vậy chúng có thể làm người dùng bị nóng khi đeo.

Nhưng khẩu trang N95 đã có hàng trăm năm phát triển để đối phó với những cuộc khủng hoảng khác nhau. Và công cuộc phát triển đó sẽ tiếp tục diễn ra kể cả khi đại dịch Covid-19 qua đi. Hãng 3M cho biết, công ty vẫn đang liên tục đánh giá lại khẩu trang N95, tinh chỉnh các bộ phận của nó, từ bộ lọc cho đến hình dáng công thái học của nó.

Nikki McCullough, người đứng đầu bộ phận An toàn và Sức khỏe Nghề nghiệp tại hãng 3M, cho biết: "… chúng tôi muốn chúng trông đơn giản để chúng trực quan và dễ sử dụng. Chúng tôi vẫn luôn cải tiến công nghệ. Chúng tôi có hàng nghìn nhà khoa học tại 3M để nghiên cứu về nó."

Tham khảo Fastcompany