Möglichkeiten und Grenzen der eigenverantwortlichen Wiederverwendung von FFP2-Masken für den Privatgebrauch

Das SARS-CoV-2 hat einen Durchmesser von ca. 0,10 µm - 0,16 µm (Mikrometer; je nachdem, ob man die sog. "Spikes" mitrechnet oder nicht). Tatsächlich ist das Virus beim Verlassen des Körpers zusätzlich in eine Flüssigkeitshülle (sog. Aerosol) eingebettet. Diese Aerosole werden von dem Filtermaterial der FFP2-Masken gebunden. Es gibt keine Hinweise, dass Aerosole kleiner als 1,0 µm zu einer Infektion führen. Davon unabhängig zeigt die folgende Abbildung, dass FFP2-Masken auch noch kleinere Aerosole filtern.

Weder bei den Prüfungen gem. der DIN EN 149:2001+A1:2009 noch in unseren Untersuchungen wird die Filterleistung mit echten Viren getestet. Es wäre mit virushaltigen Aerosolen sehr gefährlich und ist daher unzulässig. Dies ist auch nicht erforderlich, da die Filterleistung von Masken mit einem NaCL-Prüfaerosol (im Größenbereich min. 0,045 μm bis max. 1,2 μm) getestet werden kann. Auf die Infektionsschutzwirkung wird anhand der Partikelfilterleistung rückgeschlossen.

Mit unserer Abbildung zeigen wir, dass SARS-CoV-2 Aerosole von der FFP2-Maske herausgefiltert werden. Die Sorge, dass FFP2-Masken nicht vor SARS-CoV-2 schützen würden, hat vermutlich folgenden Hintergrund: FFP2-Masken entstammen einem Industriestandard, der vor allem darauf ausgelegt ist, die Maskenträger vor Stäuben und öligen Nebeln zu schützen. Es gibt Viren, bspw. das Parvovirus (Auslöser der "Ringelröteln") mit einem Durchmesser von 0,01 µm, welche deutlich kleiner sind als das SARS-CoV-2 und unter Umständen nicht von FFP2-Masken gefiltert werden. Deshalb schließen einige Hersteller die Wirksamkeit ihrer FFP2-Masken gegen Viren - vermutlich zum eigenen Schutz vor Haftungsansprüchen - in ihren Gebrauchsanweisung aus.

Zu dieser Fragestellung sind uns keine Studien bekannt. Es ist davon auszugehen, dass sich bei unseren Verfahren unter den von uns getesteten Bedingungen keine infektiösen SARS-CoV-2 "einfach herauslösen" können.

Dieser Annahme liegt folgende Überlegung zugrunde: Durch das Trocknen der Masken vor der Wärmebehandlung/beim Aufhängen im Rahmen der 7 Tage trocknen Methode setzen sich die Aerosoltröpfchen auf den Fasern der Vliese ab. Untersuchungen zu wässrigen Tröpfchen mit SARS-CoV-2 auf Oberflächen (Bhardwaj & Agrawal, 2020; He et al., 2021) zeigen, dass zu einem zunehmenden Eintrocknen der Aerosoltröpfchen auf der jeweiligen Oberflächen kommt. Die Oberflächenbeschaffenheit der FFP2-Masken sowie deren elektrostatische Ladung begünstigen das "Festhalten" der Viren in der Maske. 

Für die Backofenmethode gilt zusätzlich: Durch die Verwendung der Einstellung von Ober- und Unterhitze im Vergleich zum Heißluft/Umluftverfahren wird darüber hinaus das Risiko minimiert, dass potentiell noch vorhandene größere Tröpfen, die noch nicht so stark eingetrocknet sind, durch den Druck eines hohen Luftstroms als Tröpfchen von der Oberfläche wieder abgetragen und in die Luft gelangen können.

Bei Ober- und Unterhitze ist das Verdampfen des Wassers aus den Oberflächen anhaftenden Tröpfen der primäre physikalische Vorgang. Die Viren und Mikroorganismen sind im Vergleich zu Wasser so schwer, dass Sie bei diesen Temperaturen nicht verdampfen und auf der Oberfläche verbleiben. Das Mikroorganismen selbst bei noch weitaus höheren Temperaturen nicht einfach von Oberflächen verdampft werden können, ohne eine thermische Zersetzung zu erfahren, zeigen Untersuchungen zur Charakterisierung von Mikroorganismen mittel Thermodesorption und/oder Massenspektrometrie (vgl. hierzu: Madonna, Voorhees, Hadfield & Hilyard, 1999; Fenselau, 1994). Hinzu kommt, dass bei einer Behandlung von 80°C für 60 min auch potenziell von den Masken abgelöste Viren inaktiviert würden.

Wegen des Versorgungsmangels mit Masken im Frühjahr befinden sich derzeit noch importierte Masken auf dem deutschen Markt, die nicht nach dem europäischen Standard einer FFP2-Maske geprüft wurden. Sie kommen überwiegend aus China und entsprechen der dortigen Norm GB 2626-2006 oder dem neuen Standard GB 2626-2019 und enthalten ein Filtervlies des Typs KN95. Dieser Standard unterscheidet sich nur unwesentlich: Zwar ist die europäische Prüfung für FFP2 Masken nach DIN EN 149:2009-08 (Deutsche Fassung EN 149:2001+A1:2009) umfassender als die Prüfungen nach chinesischem Standard, aber für den Einsatz im Rahmen des Infektionsschutzes bieten die KN95 Masken einen vergleichbaren Schutz zu den FFP2-Masken.

Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass FFP2-Masken auch nachweislichen Schutz vor fettigen Aerosolen bieten, der aber für den Infektionsschutz ohne Bedeutung ist. Bitte lassen Sie sich nicht von dem Aufdruck "Not for Medical Use" bei chinesischen Masken irritieren. Dieser Hinweis hat rechtliche Gründe für den Export aus China, wenn die Masken nicht in China, sondern von anderen Ländern zertifiziert wurden.

Wenn die Masken ein gültiges CE-Zertifikat haben, ist die Schutzwirkung der Masken im Rahmen der Coronapandemie ausreichend. Wir haben keine KN95-Masken getestet. Es ist anzunehmen, dass auch die KN95-Masken mit den in der Infobroschüre beschriebenen Verfahren eigenverantwortlich für den Privatgebrauch wiederverwendet werden können.

Die Untersuchungen beziehen sich auf den Privatgebrauch (z.B. Einkauf, Arztbesuch, etc.). Die Masken sind zwei Stunden getragen und danach entsprechend behandelt worden. Im Anschluss wurden die Masken hinsichtlich ihrer Filterleistung untersucht. In diesem Kontext ist keine Beeinträchtigung der Filterleistung festzustellen.

Eine detaillierte Beschreibung der Untersuchung zur Filtrationsleistung erscheint in den nächsten Tagen im Bereich "Wissenschaftliche Hinweise" unten auf dieser Homepage.

Die Ausatemluft wurde vom Atemtrakt angefeuchtet und aufgewärmt. Hierbei erreicht die Luftfeuchtigkeit etwa 95-% bei einer Temperatur knapp unterhalb der Körpertemperatur. Luftfeuchtigkeit wird stets als relative Luftfeuchtigkeit angegeben, da die Wassermenge, die von Luft gehalten werden kann, temperaturabhängig ist. Mit zunehmender Temperatur können immer größere Mengen Wasser von der Luft aufgenommen werden. Wenn die Ausatemluft nach dem Verlassen des Atemtrakts stark abkühlt, ist sie nicht mehr in der Lage die ursprüngliche Menge Feuchtigkeit zu halten. Dies kann man daran beobachten, dass sich kleinste Wassertröpfchen bilden, die dann als Wasserdampf das Ausatmen begleiten.

Ein alltägliches Pendant kann beim Kochen von Wasser auf dem Herd beobachten werden: Solange der Deckel aufgesetzt ist, ist der Wasserdampf im Topf unsichtbar, da die Temperatur zwischen Deckel und Wasser ausreichend hoch ist. Liegt der Deckel schräg auf, kann man Wasserdampf beobachten, sobald er den Topf verlässt und bei Raumtemperatur abkühlt.

Grundsätzlich bedeutet dies, dass die sichtbare Atemluft kein Indikator/Anzeichen dafür ist, dass ein Aerosol ausgeatmet wird, da das Aerosol erst außerhalb des Körpers/der Maske von den Wassertröpfchen gebildet wird. Bei einer Erkrankung wird ausgeatmetes, keimbeladenes Aerosol weiterhin von der angelegten FFP2-Maske größtenteils herausgefiltert.

Wir haben zunächst Verfahren untersucht, die in möglichst vielen Haushalten ohne großen Zusatzaufwand umgesetzt werden können. Deshalb haben wir uns mit der Reiskocher-Methode u.ä. nicht selbst auseinandergesetzt. Wir können daher keine Aussage dazu machen, ob die Filtrationsleistung der FFP2-Masken nach Anwendung der jeweiligen Methode nachlässt.

Die Studienlage zu diesem Thema ist begrenzt: Li, Redmond, Jones und Donskey (2020) zeigen in ihrem Versuch, dass im Vergleich zu trockener Hitze (100 °C für 15 Min.), feuchte Hitze aus dem Reiskocher (5-8 Min. Aufheizphase, dann 5 Min. im Dampf) eine deutlich größere Keimreduktion auf Masken bewirkt. Allerdings wurden bei dieser Studie zum einen die Keimbelastung nur auf der Vorder- und Rückseite der Masken gemessen und nicht in deren inneren Schichten. Zum anderen wurde im Anschluss an die Behandlung nicht geprüft, ob sich durch die Behandlung Veränderungen der Filtrationsleistung ergeben haben.

Ähnlich sieht es bei der zweiten Studie aus: Bei einer 2017 in Taiwan veröffentlichten Studie (Lin et al.) wurden die Masken (in diesem Fall u.a. N95-Masken) im Reiskocher ausschließlich trockener Hitze ausgesetzt (149 - 164 °C für 3 Min.). Die im Anschluss gemessene Filtrationsleistung blieb zwar annähernd gleich. Allerdings hat die Forschungsgruppe um Lin die Masken bereits vor Behandlung mit trockener Hitze im Reiskocher in Stücke geschnitten - eine Vergleichbarkeit mit der Behandlung einer intakten Maske ist also nicht gegeben. Zusätzlich wurden in dieser Studie die Masken nicht mit Viren oder Bakterien versehen. Dementsprechend konnte die keimreduzierende Wirkung der Methode nicht verifiziert werden.

Die Kolleg*innen der TU Freiberg haben sich in ihrem Blogbeitrag (https://blogs.hrz.tu-freiberg.de/numerikundco/2020/08/21/wie-sterilisiert-man-masken-die-man-nicht-waschen-kann/) mit einer dritten Studie zum Thema Reiskocher kritisch auseinandergesetzt: Die Studie von Oh et al. (2020) - hier merkt die Forschungsgruppe an, dass es fraglich ist, ob die Reiskocher den Vorgang mit trockener Hitze mehrmals aushalten (Details siehe TU Freiberg).

In diesem Projekt wurden Verfahren untersucht, die mit einfachen Mitteln in fast jedem Privathaushalt durchzuführen sind. Wir haben bis jetzt keine Desinfektion der Masken mit Ozon untersucht, da Ozon giftig ist und es dazu spezieller Vorrichtungen bedarf, um das Ozon herzustellen und in hinreichender Konzentration und für eine näher zu bestimmende Dauer auf und in die Maske zu bringen. Problematisch ist außerdem, dass Ozon den Materialabbau beschleunigt und es zur forcierten Alterung und Bildung von bspw. kritischen Aldehyden kommen kann.

Wir sind uns bewusst, dass es verschiedenste Ozon-Sterilisatoren für den Privatgebrauch gibt (bspw. für Smartphones). Aufgrund der Vielzahl verschiedener Geräte können wir zu diesen keine Hinweise geben und haben in diese Richtung nicht getestet. Wir beschränken uns auf Verfahren mit einfachsten Haushaltsmitteln.

Voraussetzung für jede Desinfektion ist, dass die zu desinfizierende Oberfläche ausreichend benetzt wird. Grundsätzlich haben alle Sprays den Nachteil, dass die behandelte Oberfläche ungleichmäßig befeuchtet wird. Dies hätte eine unvollständige mikrobiozide Wirkung zur Folge.

Für Flächen- und Hautdesinfektionsmittel sind Zusatzstoffe zugelassen, für deren Anwendung zur Behandlung von FFP2-Masken wir ohne genauere Untersuchungen keine Aussage machen können. Für diese Desinfektionsmittel sind auch solche Stoffe zugelassen, die durch Behandlung von FFP2-Masken auf die Schleimhäute der Augen und der oberen Atemwege (unangenehm) wirken könnten. Des Weiteren basieren die meisten Desinfektionsmittel auf Alkohol, was die Filtrationsleistung beeinträchtigen kann (siehe dazu nächste FAQ).

Bei Benetzung der FFP2-Masken mit Alkohol (Ethanol/Isopropanol/Propanol) wird die elektrostatischen Ladung abgetragen und damit die Filterleistung verringert. Mit Isopropanol kann die elektrostatische Ladung vollständig abgetragen werden und es bleibt nur die rein mechanische Filterleistung der Masken. Wir haben entsprechende Versuche mit Ethanol und Isopropanal durchgeführt und die Filterleistung ist deutlich beeinträchtig worden. Fischer et al. (2020) unterstützen diese Ergebnisse mit ihren Untersuchungen: Bereits nach der zweiten Behandlung mit 70%igem Ethanol nahm die Filterleistung der Masken deutlich ab - ohne dass sichtbare Schäden an der Maske erkennbar waren. Dies muss nicht bedeuten, dass die FFP2-Maske dann keinen Schutz bietet. In Abhängigkeit von den jeweils verwendeten Produkten ist die verbleibende mechanische Filtereffizienz (d.h. nur Gewebstruktur ohne elektrostatische Ladung) in den meisten Fällen höher als die von Alltagsmasken/Stoffmasken.

Zu einer anderen Methode unter Zuhilfenahme von Ethanol geben wir folgende Einschätzung: Bei dieser Methode werden die Masken in einem Behälter (z.B. Kochtopf) unter den Deckel gehängt. Auf dem Boden des Gefäßes befindet sich eine ausreichende Menge 70%iges Ethanol. Die Maske wird - ohne das Gefäß zu erhitzen - für eine noch zu ermittelnde Zeit bei Raumtemperatur belassen. Da bei dieser Methode die Masken nicht mit Ethanol benetzt werden, sondern das Ethanol im gasförmigen Zustand die Masken durchströmt, könnte das eine Alternative sein. Wichtig dabei wäre, dass Flüssigkeit, Topf etc. die gleiche Temperatur haben. Sollte die Maske kälter sein als der Gasraum in dem Topf käme es zur Kondensation, welche möglicherweise die elektrostatische Ladung und damit die Filterleistung beeinträchtigt. Uns liegen keine Erkenntnisse zur Desinfektionswirkung vor.

Bei der Verwendung von Spülmittel oder Seife ergibt sich hinsichtlich der Filterleistung der FFP2-Masken folgendes Problem:

Grundsätzlich würde sich die Maske aufgrund der hydrophoben Eigenschaften der Maskenkunststoffe (Polypropylen, Polyethylen) beim Eintauchen in das Wasser nicht mit Wasser durchtränken. Ähnliches passiert auch, wenn über längere Zeit in die Maske ausgeatmet wird: Die Feuchtigkeit der Ausatemluft durchdringt die Maske aufgrund ihrer Hydrophobie nicht als kondensiertes Wasser, sondern in der Gasphase. So bleibt die elektrostatische Aufladung des Filtervlies erhalten.

Wird die Maske allerdings in Wasser mit Spülmittel eingelegt oder mit Seife gewaschen, sorgen die Tenside des Spülmittels/der Seife dafür, dass die Faseroberfläche der Maskenkunststoffe (Filtervliese) sich verändert. Das Spülmittel/die Seife öffnet sozusagen die "Tore" der Filtervliese und ermöglicht damit, dass die Maske mit Wasser durchtränkt wird. Diese Benetzung der Filtervliese mit Wasser führt wiederrum zu einem Verlust der elektrostatischen Ladung und damit zur Reduktion der Filterleistung der Maske.

Problematisch ist dabei vor allem, dass die beschriebene Veränderung der Faseroberfläche im molekularen Bereich passiert und somit für den Anwender nicht mit dem bloßen Auge zu erkennen ist. Die Masken sehen also augenscheinlich unbeschädigt aus, die Filterleistung ist aber reduziert.

Wir raten von dieser Methode aus folgenden Gründen dringend ab: Nachdem die Masken über längere Zeit getragen wurden (insbesondere bei kälteren Außentemperaturen) sammelt sich Feuchtigkeit der Ausatemluft in der Maske. Die Maske sollte nun, bevor sie einem Verfahren zur Wiederverwendung unterzogen wird, bis zum nächsten Tag an der Luft trocknen. Dabei sollte die Maske nicht zum Trocknen auf/über die Heizung gelegt oder gehängt werden. 30 °C bis 40 °C sind für viele Bakterien und Pilze in feuchten Masken optimale Wachstumsbedingungen. Ein längeres Verstauen der Maske über mehrere Tage unmittelbar nach dem Tragen in einer Plastiktüte schafft aufgrund der Feuchtigkeit ein Milieu mit guten Wachstumsbedingungen für Bakterien und Pilze.

Es gibt Quellen zu SARS-CoV-2 auf glatten Materialien, aber nur sehr wenige Studien zur SARS-CoV-2 auf Masken. Je nach Oberflächenbeschaffenheit kann es mehrere Tage dauern, bis das SARS-CoV-2 soweit inaktiviert ist, dass keine Infektiösität mehr vorliegt. Unsere Untersuchungen zu FFP2-Masken zeigen, dass SARS-CoV-2 auf und in Maskenvlies über mehrere Tage infektiös bleibt. Diese Untersuchungen haben mit FFP2-Masken und Coronaviren im S3-Hochsicherheitslabor stattgefunden. Weitere Details dazu finden Sie auch in unseren wissenschaftlichen Hinweisen am Ende dieser Seite.

Im S3-Sicherheitslabor des Instituts "Virologie" der WWU-Münster wurden experimentelle Protokolle zur Präparation von FFP2-Masken mit SARS-CoV-2 etabliert. Das Maskenmaterial wird zunächst mit einer Virusmenge von 1-5 x 10⁴ infektiösen Partikeln aufgetragen und nach kurzem Antrocknen der Virussuspension dann bei verschiedenen Testtemperaturen (Raumtemperatur, 70°C, 80°C, 90°C) für verschiedene Zeiträume inkubiert. Danach wurden die potenziell verbliebenen Viruspartikel nach Inkubation mit Pufferlösung aus dem Maskenmaterial heraussuspendiert. Die Menge an infektiösen Viren wurde dann mit einem sogenannten Plaque Assay ermittelt. Hierzu werden Verdünnungsreihen der Virussuspension hergestellt und zur Infektion von Zellen benutzt. Zur Immobilisierung des Infektionsgeschehens wird der infizierte Zellrasen mit Agar überschichtet. Da SARS-CoV-2 ein lytisches Virus ist, kann die Zerstörung der Zellen, die sich in diesem Assay als Loch (Plaque) im Zellrasen, ausgehend von der Infektion durch ein einzelnes Virus, manifestiert, als Maß für die ursprüngliche Menge infektiöser Viren herangezogen werden. Die Plaques werden ausgezählt und damit die Virustiter ermittelt. In einigen Experimenten wurde zusätzlich noch die Menge an viraler RNA als Äquivalent der infektiösen Partikel mit Hilfe der RT-PCR bestimmt.

In den beschriebenen Experimenten zeigte SARS-CoV-2 eine unerwartet hohe Stabilität, selbst bei höheren Temperaturen (70°C) und längeren Zeiträumen. Während nach einer Behandlung mit trockener Hitze von 70 °C nach 60 und 80 Minuten immer noch 1-2% der infektiösen Virusmenge im Vergleich zur Kontrolle auf der Maske vorhanden war, reichten 80 °C für 60 Minuten und 90 °C für 30 Minuten aus, um infektiöse SARS CoV-2 Erreger auf und in dem Maskenmaterial vollständig zu inaktivieren. Bei der Untersuchung der zeitlichen Stabilität bei Trocknung bei Raumtemperatur wurden Proben nach 5, 7 und 10 Tagen analysiert. Selbst nach 10 Tagen konnten noch infektiöse Erreger in geringer Menge nachgewiesen werden. Nach einigen Tagen ist jedoch eine deutliche Reduktion der potentiell infektiösen Virenlast des Maskenmaterials festzustellen und nach 7 Tagen sind im Mittelwert weniger als vier Prozent der aufgebrachten Viren noch infektiös. Es ist zu beachten, dass es sich um experimentelle Untersuchungen mit einer relativ hohen Virenkonzentration handelt. Dies ist nötig, um zu verlässlichen Aussagen zu kommen. Es ist zwar nicht vollständig geklärt, ob im Privatgebrauch (z.B. beim Einkauf) mit einer viralen Belastung in dieser Größenordnung zu rechnen ist, man kann aber eher nicht davon ausgehen.

Unsere Erkenntnisse kommen zu vergleichbaren Ergebnissen anderer Studien (Fischer et al. 2020, Chin et al. 2020), auch wenn dort teilweise mit unterschiedlichen Nachweismethoden, anderen Masken oder anderen Virusmengen gearbeitet wurde.

Auf materialwissenschaftlicher Ebene kann man zwischen unterschiedlichen Problemen bei der Erhitzung von Kunststoffen und insbesondere Kunststoffvliesen (aufgrund der hohen Oberfläche) differenzieren. Hierzu gehören sowohl oxidative Degradationsprodukte, die zur Bildung von gesundheitsbeeinträchtigenden leichtflüchtigen Verbindungen führen können, wie auch sogenannte volatile organische Komponenten die durch die thermische Behandlung gebildet oder aus dem Material freigesetzt werden können. Unser Team hat Vliesproben unterschiedlicher Masken auf die Bildung und Freisetzung dieser Stoffe hin untersucht und konnte bisher keine negative Beeinflussung durch das Aufheizen der Masken beobachten.

Obwohl die generelle desinfizierende Wirkung von UV-Lampen im Rahmen von sytematic reviews (bspw. Jacobs et al., 2020; Paul et al., 2020; Yang et al., 2020; O'Hearn et al., 2020)) untersucht wurde, bleiben Versuche mit dem SARS-CoV-2 die Ausnahme (Fischer et al., 2020): Diese Versuche konnten zeigen, dass UV-Licht im Vergleich zur Behandlung mit Hitze nach ca. 60 Minuten noch eine infektiöse Virenzahl auf den Masken zurücklässt. Zusätzlich erfordert die Methode einen erheblichen Aufwand im Aufbau der Gerätschaften: Der in Studien dargestellte Versuchsaufbau (Schnell et al., 2020; Dunn et al., 2020) ist für den Laien nicht umsetzbar und sollte dem professionellen Anwender vorbehalten bleiben. Simulationen der Durchdringung des Maskengewebes mit UV-Strahlen (Baluja et al., 2020) zeigen, dass es sehr stark vom korrekten Versuchsaufbau abhängt (Art, Größe, Stärke der UV-Lampe, Distanz zur Maske, verschiedene Maskentypen).

Bhardwaj, R. & Agrawal, A. (2020). How coronavirus survives for days on surfaces. Physics of Fluids (Woodbury, N.Y. : 1994), 32(11), 111706. https://doi.org/10.1063/5.0033306

Baluja, A., Arines, J., Vilanova, R., Cortiñas, J., Bao-Varela, C. & Flores-Arias, M. T. (2020). UV light dosage distribution over irregular respirator surfaces. Methods and implications for safety. Journal of Occupational and Environmental Hygiene, 390-397. https://doi.org/10.1080/15459624.2020.1786576

Chin, A. W. H., Chu, J. T. S., Perera, M. R. A., Hui, K. P. Y., Yen, H.-L., Chan, M. C. W. et al. (2020). Stability of SARS-CoV-2 in different environmental conditions. The Lancet Microbe, 1(1), e10. https://doi.org/10.1016/S2666-5247(20)30003-3

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