woodee woodee - Graphic Design

Chuyện chưa kể về chiếc khẩu trang N95 đầu tiên

Một trong những phát kiến quan trọng nhất của nhân loại mất hơn một thế kỉ để hoàn thiện thiết kế.

Nghĩ về đại dịch COVID-19, ngoài xà phòng, nước rửa tay, giấy vệ sinh… hình ảnh chiếc khẩu trang N95 xứng đáng được xem như biểu tượng. Chiếc khẩu trang ôm khít vùng mũi, miệng người đeo này có khả năng lọc 95% các loại hạt trong không khí, thậm chí là virus, điều mà các thiết bị bảo vệ khác không làm được. Đây là thiết bị “sinh tồn” đã rơi vào tình trạng thiếu hụt khi dịch đột ngột bùng phát mạnh mẽ khiến các nhân viên y tế buộc phải làm việc trong điều kiện nguy hiểm – dễ bị lây nhiễm chéo từ bệnh nhân.

Làm thế nào mà một chiếc “cốc” nhựa mỏng manh bọc vải đã trở thành thiết bị y tế quan trọng nhất của thế kỉ 21? Tất cả bắt đầu vào năm 1910, với vị bác sĩ ít người biết đến, mang trong mình ước muốn cứu thế giới khỏi nạn dịch nghiêm trọng nhất bấy giờ.

Bài viết thực hiện bởi tác giả Mark Wilson trên trang Fast Company.


Chiếc khẩu trang đầu tiên được làm ra để tránh việc “ngửi thấy mùi”

Christos Lynteris, giảng viên cao cấp tại khoa Nhân chủng học xã hội tại Đại học St.Andrew và là chuyên gia về lịch sử khẩu trang y tế cho biết, ngược dòng thời gian về thời điểm trước khi con người biết đến sự hiện diện của vi rút và vi khuẩn, chúng ta chỉ đeo mặt nạ theo những cách ngẫu nhiên.

Ông chỉ vào các bức tranh thời Phục hưng và cho chúng tôi thấy các nhân vật đang che mũi bằng khăn tay để tránh bệnh tật. Trong vài bức tranh khắc hoạ lại Marseilles, Pháp năm 1720, nơi từng là tâm chấn của bệnh dịch hạch, người đào mộ và xử lý thi thể quấn một lớp vải mỏng quanh mặt họ, mặc dù dịch bệnh này được cho là lây lan từ bọ chét trên loài chuột. “Hành động trên không đơn thuần là cách để chống lại sự lây lan từ người bệnh, những người này tin rằng các bệnh như dịch hạch xuất phát từ khí độc bốc lên từ mặt đất và lan truyền trong không khí.”

Tiến sĩ Schnabel, một bác sĩ bệnh dịch hạch ở Rome thế kỷ 17. [Image: Wiki Commons]

Giả thuyết về khí độc đã thúc đẩy cho việc nghiên cứu và thiết kế hàng loạt loại mặt nạ chống dịch trên khắp Châu Âu năm 1600. Chúng thường được đeo bởi các bác sĩ chữa bệnh dịch hạch. Những chiếc mặt nạ thon dài như mỏ chim và có hai lỗ nhỏ ở rìa để đưa hương thơm vào. Họ nghĩ rằng họ đã được bảo vệ khỏi dịch bệnh nhờ việc bảo vệ bản thân khỏi mùi hôi thối của bệnh,

“Mùi hôi gây ra bệnh, cách nghĩ này được lan truyền và tin cậy đến tận đầu thế kỉ 19”, Lynteris cho hay. Đáng chú ý là 200 năm sau, một bác sĩ người Pháp tên Antoine Barthélemy đã lập luận rằng chính những chiếc mặt nạ mỏ chim là nguyên nhân gây ra dịch bệnh vì chúng khiến mọi người sợ hãi, và khi cơ thể sợ hãi, chúng dễ có nguy cơ mắc bệnh hơn.

Đến cuối những năm 1870, khi các nhà khoa học phát hiện sự tồn tại của vi khuẩn, lĩnh vực nghiên cứu về vi sinh hiện đại ra đời. Tuy nhiên, diễn biến tiếp theo thật không khác mấy những gì từng xảy ra, chỉ là không ai dùng đến mặt nạ mỏ chim đáng sợ nữa.


Một chiếc khăn tay… quấn quanh mặt

Các bác sĩ bắt đầu đeo những chiếc khẩu trang phẫu thuật đầu tiên vào năm 1897, chúng trông không khác gì một chiếc khăn tay quấn quanh mặt, được thiết kế để lọc mầm bệnh trong không khí và ngăn bác sĩ hắt hơi hay ho vào vết thương trong khi phẫu thuật.

Sự khác biệt giữa khẩu trang thông thường và khẩu trang phòng độc rất quan trọng, đó là lý do tại sao các chuyên gia chăm sóc sức khoẻ rất buồn khi họ được hướng dẫn đeo khẩu trang phẫu thuật thay cho khẩu trang phòng độc. Khẩu trang không chỉ được làm từ các chất liệu khác nhau, chúng còn khác biệt ở khả năng ôm kín khuôn mặt và ngăn không cho các hạt lơ lửng trong không khí lọt vào. Vì thế, khẩu trang phòng độc là chiếc mặt nạ hữu hiệu nhất khi chúng thật sự lọc sạch không khí bạn hô hấp.


Chiếc mặt nạ phòng độc đầu tiên sinh ra từ bệnh dịch và nạn phân biệt chủng tộc

Các nhân viên chăm sóc sức khỏe mang khẩu trang chống dịch hạch ở Nhật Bản trong bệnh dịch hạch Mãn Châu 1911. [Photo: courtesy University of Cambridge/Centre for Research in the Arts, Humanities and Social Sciences (CRASSH, The University of Cambridge)/The University of Hong Kong Libraries]

Vào mùa thu năm 1910, một bệnh dịch bùng phát trên khắp Mãn Châu, miền Bắc Trung Quốc. “Dịch bệnh hệt như tận thế, nó giết chết 100% những người mắc phải, không ai sống sót. Nó giết chết họ chỉ trong 24 đến 48 giờ kể từ khi triệu chứng đầu tiên xuất hiện. Chưa ai từng bắt gặp loại bệnh nào thế này trong thời hiện đại, tựa như những mô tả về Cái chết đen vậy.”


*Cái Chết Đen là tên gọi của 1 đại dịch xảy ra ở châu Á và châu Âu trong thế kỷ XIV, mà đỉnh điểm là ở châu Âu trong 1346-1351, với số lượng người chết ở châu Âu và châu Á từ 75-200 triệu người. Bệnh dịch Cái Chết Đen được coi là một trong những đại dịch chết chóc nhất trong lịch sử nhân loại, ước tính nạn dịch này đã giết chết 30% – 60% dân số của châu Âu (tương đương 25 – 50 triệu người) và giảm dân số toàn cầu từ khoảng 450 triệu người xuống còn 350 – 375 triệu người vào năm 1400.


Theo sau đó là cuộc chạy đua khoa học miệt mài để tìm hiểu điều gì gây ra dịch bệnh và ngăn chặn nó. “Cả Nga và Trung Quốc đều muốn chứng minh rằng mình đủ khả năng, bởi điều này sẽ dẫn đến một yêu sách khác về chủ quyền. Ai có đủ khả năng khoa học sẽ được kiểm soát khu vực giàu có và quan trọng này.”

Bác sĩ Lien-teh Wu là người đại diện cho phía Trung Quốc trong việc điều tra dịch bệnh. Anh sinh ra ở Penang, Malaysia và học ngành Y tại trường đại học Cambridge. Wu còn trẻ và không nói thạo tiếng Hán phổ thông, thế nên trong trận dịch thu hút sự chú ý của báo giới quốc tế và nhiều bác sĩ đến từ khắp nơi trên thế giới, tiếng nói của anh không mấy được để tâm. Trong một lần tiến hành khám nghiệm tử thi, Wu xác định dịch hạch không phải lây lan từ bọ chét mà qua đường không khí.

Wu Lien-teh - Wikipedia
Chân dung bác sĩ Lien-teh Wu. [Photo: wikipedia]

Phát triển từ các loại mặt nạ phẫu thuật từng thấy ở phương Tây, Wu tạo ra chiếc khẩu trang cứng cáp từ gạc, bông cotton và nhiều lớp vải, chúng quấn quanh mặt để lọc không khí được hít vào. Phát minh của anh được xem là mang tính đột phá, thế nhưng một vài bác sĩ vẫn nghi ngờ về hiệu quả của nó.

“Từng xảy ra một sự việc khá nổi tiếng, khi Wu gặp Gérald Mesny – bác sĩ người Pháp có tiếng lâu năm trong ngành. Wu giải thích với ông về giả thuyết rằng dịch hạch là một loại viêm phổi và có thể lây lan qua đường không khí. Bác sĩ người Pháp đã lăng mạ và đả kích anh một cách rất phân biệt chủng tộc, ông nói ‘Ta có thể mong đợi gì từ một gã người Trung chứ?’. Để chứng minh điều mình nói, Mesny đến thăm và chăm sóc người bệnh trong một bệnh viện dịch hạch mà không đeo khẩu trang do Wu phát minh, kết quả là ông đã qua đời chỉ hai ngày sau đó.”

Các bác sĩ khác trong vùng, thời điểm ấy, cũng nhanh chóng thiết kế loại khẩu trang của riêng mình. Một số trông khá kì quặc, có loại như mũ trùm đầu có kính, chẳng khác gì mặt nạ lặn chuyên dụng.

Sau nhiều thử nghiệm thực tế, chiếc khẩu trang của Wu đã chiến thắng vì hiệu quả nhất và có khả năng bảo vệ người dùng khỏi vi khuẩn. Theo Lynteris, đó quả thực là một thiết kế tuyệt vời vì nó có thể làm bằng tay dễ dàng với vật liệu có sẵn, giá thành rẻ. Trong khoảng thời gian từ tháng 1 đến tháng 2 năm 1911, việc sản xuất khẩu trang tăng mạnh. Từ nhân viên y tế, binh sĩ đến người dân, mọi người đều đeo khẩu trang. Điều này không chỉ giúp ngăn chặn dịch hạch lây lan, khẩu trang y tế/mặt nạ còn mang ý nghĩa như một hình tượng mới mẻ của nền khoa học y học hiện đại.

Người điều khiển xe điện và hành khách ở Seattle đeo mặt nạ trong đại dịch năm 1918. [Photo: Wiki Commons]

Phát minh khẩu trang của Wu nhanh chóng trở thành hiện tượng nhờ báo chí quốc tế. “Nó mang trong mình một hiệu ứng kì lạ, và được báo giới yêu thích vì… bạn thử tưởng tượng xem, hình ảnh chiếc khẩu trang trắng xuất hiện trên mặt báo trắng-đen, trông thật bí ẩn và thu hút, có thể xem như một thành công về mặt tiếp thị.”

Khi dịch cúm Tây Ban Nha xuất hiện vào năm 1918, khẩu trang của Wu đã rất nổi tiếng trong giới khoa học và đại chúng. Các công ty toàn cầu tiếp tục tăng cường sản xuất khẩu trang mang kiểu dáng tương tự để giảm thiểu độ lây lan của bệnh cúm.


Khẩu trang N95 có tiền đề từ ruy băng và áo ngực

Khẩu trang N95 được xem như “hậu duệ” của khẩu trang Wu. Trong Thế chiến I và Thế chiến II, các nhà khoa học đã phát minh ra mặt nạ lọc khí ga quấn quanh đầu để làm sạch nguồn khí hít vào. Tương tự, những chiếc mặt nạ có bộ lọc làm từ sợi thuỷ tinh cũng bắt đầu được sử dụng trong ngành khai thác mỏ nhằm ngăn bệnh phổi đen (bệnh bụi phổi gây ra bởi việc hít bụi than và amiăng).

“Tất cả loại mặt nạ phòng độc đều khá lớn, trông như mặt nạ khí gas công nghiệp vậy”, Nikki McCullough, người đứng đầu phòng an toàn sức khoẻ nghề nghiệp của công ty 3M – nơi chuyên sản xuất khẩu trang N95 cho hay. “Bạn có thể giặt sạch chúng mỗi tối và sử dụng lại vào ngày hôm sau.”

Thiết bị này giúp cứu mạng nhiều người, nhưng nó rất nặng nề và lý do chính nằm ở bộ lọc khí. Lớp sợi thuỷ tinh dày khiến việc hít thở khó khăn, cũng như phần trùm kín đầu khiến người mặc luôn trong trạng thái nóng bức. Đến những năm 1950, các nhà khoa học bắt đầu khám phá được độ nguy hiểm của việc hít phải khí amiăng, nhưng những người làm việc với amiăng lại không thích đeo mặt nạ cồng kềnh. Thử tưởng tượng, họ phải làm việc trong công trường xây dựng với nhiệt độ 30 độ C và quấn kín đầu bằng lớp cao su dày cộp để bảo vệ bản thân khỏi mối đe doạ vô hình.

[Photo: 3M]

Cùng thời gian đó, Sara Little Turnbull – biên tập viên mảng trang trí của tạp chí House Beautiful bắt đầu nhờ bộ phận quà tặng của công ty 3M cố vấn để tạo ra các dải ruy băng quà tặng cứng cáp. Công ty đã phát triển công nghệ đun chảy Polymer và thổi chúng vào xơ sợi. Turnbull nhận ra tiềm năng lớn hơn cho quá trình này và thử nghiệm chất liệu trên cho miếng đệm vai, tận dụng các mối quan hệ trong ngành thời trang để được tư vấn. Năm 1958, cô quyết định trình bày với công ty 3M về lý do tại sao nên phát triển hoạt động kinh doanh cho loại sản phẩm không dệt này theo quy mô lớn hơn. Turnbull trình bày hơn 100 ý tưởng sản phẩm và được giao thiết kế khuôn đúc cho một chiếc áo ngực.

Những năm cuối thập niên 50 khá khó khăn với Turnbull, cô phải dành nhiều thời gian thăm nom người thân đang chữa trị tại các bệnh viện. Cô mất 3 người thân liên tiếp, nỗi đau buồn tích tụ dẫn cô đến với một ý tưởng cho phát minh mới: mặt nạ phẫu thuật “bong bóng” mà công ty 3M giới thiệu năm 1961, lấy cảm hứng từ cách đúc chiếc áo ngực năm nào. Khi 3M nhận ra loại mặt nạ này không đủ khả năng ngăn chặn mầm bệnh, họ đổi tên nó thành mặt nạ ngăn bụi.

Bản phác thảo của Trumbull cho mặt nạ phẫu thuật, lấy cảm hứng từ thiết kế áo ngực năm nào. [Image: © Center for Design Institute]

Thật khó để đặt ra bộ tiêu chuẩn cho một thứ gì đó thậm chí chưa từng tồn tại trong mảng an toàn y tế/lao động. Đến thập niên 1970, Tổng cục mỏ và địa chất, Viện sức khoẻ và an toàn lao động quốc gia đã cùng hợp tác để tạo ra các tiêu chí đầu tiên cho cái mà họ gọi là “mặt nạ phòng độc dùng một lần” (single use respirators). Khẩu trang chống bụi dùng một lần N95 đầu tiên, phát triển bởi công ty 3M, được phê duyệt vào ngày 25 tháng 5 năm 1972. Thay vì dùng sợi thuỷ tinh, công ty tái sử dụng loại công nghệ họ từng phát triển để giúp ruy băng cứng cáp hơn, và tạo ra những bộ lọc không khí hiệu quả.

Dưới kính hiển vi, lớp vải trông như hàng ngàn sợi chỉ đan chéo với nhiều khoảng hở li ti. Khi các loại hạt dù là bụi mịn hay virus, vô tình “sa lưới”, chúng sẽ bị giữ lại. 3M đã tích một lượng điện nhỏ trên lớp lưới để các hạt nhỏ hơn cũng “tự nguyện” bay vào. Song song đó, do có nhiều khoảng hở li ti nên việc hít thở khá dễ dàng cho người đeo.

Schematic of the test mask showing the various layers. | Download ...

Bạn đeo khẩu trang N95 càng lâu thì việc lọc không khí càng hiệu quả. Nhiều hạt “mắc” lại chỉ càng khiến các hạt khác dễ sa lưới hơn mà thôi, nhưng việc hít thở cũng trở nên khó khăn hơn nhiều. Đây là lý do tại sao N95 có thể đeo hơn tám tiếng trong môi trường cực bụi, vì chúng không ngừng lọc khí xung quanh bạn!

Khẩu trang N95 đã được sử dụng trong các ngành công nghiệp qua nhiều thập kỉ trước khi nhu cầu của ngành y tế tăng cao vào năm 1990, khi bệnh lao kháng thuốc hoành hành. HIV chỉ lây trên các bệnh nhân suy giảm miễn dịch, nhưng bệnh lao bắt đầu lây cho nhân viên y tế. Để ngăn chặn mầm bệnh lây trong không khí, khẩu trang N95 tiêu chuẩn được đưa vào bệnh viện để trang bị cho đội ngũ y bác sĩ.

Quay lại với Wu, sau khi thành công với phát minh khẩu trang của mình, anh sáng lập Trung tâm kiểm soát và phòng ngừa dịch bệnh tại Trung Quốc, suýt đoạt giải Nobel và xuất hiện trong nhiều sách lịch sử. Mặt nạ phòng độc luôn được xem như thiết bị quan trọng ở Trung Quốc. Trong đợt dịch SARS, người dân nơi đây đã đeo khẩu trang nhằm ngăn lây lan bệnh; khi các thành phố lớn như Bắc Kinh bị ô nhiễm, họ cũng đeo khẩu trang để lọc khí hít vào.

Khẩu trang N95 không quá hoàn hảo, nó thường không bám tốt khuôn mặt trẻ em hay người có râu, và khi không bám chặt, hiệu quả của N95 sẽ không tốt “như lời đồn”. Bên cạnh đó, các biến thể của N95 vẫn thường được dùng trong phòng bệnh không có van thở như bản gốc, sẽ khiến người đeo nóng và khó thở.

Khẩu trang N95 đã phát triển trong hàng trăm năm qua để đối phó với nhiều cuộc khủng hoảng. Tuy vậy, công ty 3M vẫn liên tục thẩm định chất lượng khẩu trang N95, điều chỉnh từ bộ lọc đến nhân trắc học của nó để sản phẩm này ngày càng hoàn thiện hơn nữa.

*Nhân trắc học là bộ môn khoa học nghiên cứu về kích thước và tỉ lệ của các bộ phận trên cơ thể người, nhằm áp dụng vào thiết kế hệ thống máy móc, thiết bị, sản phẩm.

Tác giả: Mark Wilson
Nguồn: fastcompany
Người dịch: woodee

Hình trong bài (9)