El esquema muestra cómo una capa de modulación química "desinfecta" las gotas respiratorias del usuario de la mascarilla. Crédito:Universidad Northwestern
En la pandemia las personas usan máscaras faciales para respetar y proteger a los demás, no solo para protegerse a sí mismos, dice un equipo de investigadores de la Universidad Northwestern.
Teniendo esto en cuenta, los investigadores desarrollaron un nuevo concepto para una máscara que tiene como objetivo hacer que el usuario sea menos infeccioso. La idea central, que recibió el apoyo de la National Science Foundation a través de una subvención RAPID, consiste en modificar las telas de la mascarilla con productos químicos antivirales que puedan desinfectar las exhalaciones, gotitas respiratorias escapadas.
Simulando la inhalación, exhalación, tose y estornuda en el laboratorio, Los investigadores encontraron que las telas no tejidas que se utilizan en la mayoría de las máscaras funcionan bien para demostrar el concepto. Una toallita sin pelusa con solo un 19% de densidad de fibra, por ejemplo, higienizó hasta el 82% de las gotitas respiratorias escapadas por volumen. Tales tejidos no dificultan la respiración, y los productos químicos de la máscara no se desprendieron durante los experimentos de inhalación simulados.
La investigación se publicará el 29 de octubre en la revista Importar .
Importancia de proteger a los demás
"Las máscaras son quizás el componente más importante del equipo de protección personal (EPP) necesario para combatir una pandemia, "dijo Jiaxing Huang de Northwestern, quien dirigió el estudio. "Rápidamente nos dimos cuenta de que una máscara no solo protege a la persona que la usa, pero mucho más importante, protege a otros de la exposición a las gotas (y gérmenes) liberados por el usuario.
"Parece haber bastante confusión sobre el uso de máscaras, ya que algunas personas creen que no necesitan protección personal, ", Agregó Huang." Quizás deberíamos llamarlo equipo de salud pública (PHE) en lugar de PPE ".
Huang es profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern. El estudiante de posgrado Haiyue Huang y el becario postdoctoral Hun Park, ambos miembros del laboratorio de Huang, son co-primeros autores del artículo.
"Cuando haya un brote de enfermedad respiratoria infecciosa, controlar la fuente es más eficaz para prevenir la propagación viral, "dijo Haiyue Huang, Ganador de la beca Ryan 2020. "Una vez que abandonan la fuente, las gotitas respiratorias se vuelven más difusas y más difíciles de controlar ".
La imagen de microscopía óptica (izquierda) en el modo de reflectancia muestra las marcas de secado de todas las gotas recogidas en una película de polianilina, pero solo los modificados por ácido (derecha) son visibles en el modo de transmisión, ya que cambian el color de la película de polianilina subyacente de azul a verde. Barra de escala:200 micrones. Crédito:Universidad Northwestern
El objetivo y los resultados
Aunque las mascarillas pueden bloquear o desviar las gotitas respiratorias exhaladas, muchas gotitas (y sus virus incrustados) aún se escapan. Desde allí, Las gotitas cargadas de virus pueden infectar a otra persona directamente o aterrizar en superficies para infectar indirectamente a otras personas. El equipo de Huang tenía como objetivo alterar químicamente las gotas de escape para que los virus se inactiven más rápidamente.
Para lograr esto, Huang buscó diseñar una tela de máscara que:(1) No dificultaría la respiración, (2) Puede cargar agentes antivirales moleculares como iones ácidos y metálicos que pueden disolverse fácilmente en gotitas escapadas, y (3) No contienen productos químicos volátiles o materiales fácilmente desprendibles que puedan ser inhalados por el usuario.
Después de realizar varios experimentos, Huang y su equipo seleccionaron dos químicos antivirales bien conocidos:ácido fosfórico y sal de cobre. Estos productos químicos no volátiles resultaron atractivos porque ninguno de los dos se puede vaporizar y luego potencialmente inhalar. Y ambos crean un entorno químico local que es desfavorable para los virus.
"Las estructuras de los virus son en realidad muy delicadas y 'quebradizas, '", Dijo Huang." Si alguna parte del virus funciona mal, luego pierde la capacidad de infectar ".
El equipo de Huang hizo crecer una capa de polianilina de polímero conductor en la superficie de las fibras de la tela de la máscara. El material se adhiere fuertemente a las fibras, actuando como reservorios de sales ácidas y de cobre. Los investigadores encontraron que incluso las telas sueltas con densidades de empaque de baja fibra de alrededor del 11%, como una gasa médica, todavía alterado el 28% de las gotitas respiratorias exhaladas por volumen. Para tejidos más ajustados, como toallitas sin pelusa (el tipo de tejidos que se suelen utilizar en el laboratorio para la limpieza), El 82% de las gotitas respiratorias se modificaron.
Huang espera que el trabajo actual proporcione una base científica para otros investigadores, particularmente en otras partes del mundo, para desarrollar sus propias versiones de esta estrategia de modulación química y probarla más con muestras virales o incluso con pacientes.
"Nuestra investigación se ha convertido en un conocimiento abierto, y nos encantará ver a más personas unirse a este esfuerzo para desarrollar herramientas para fortalecer las respuestas de salud pública, "Dijo Huang." El trabajo se realiza casi en su totalidad en el laboratorio durante el cierre del campus. Esperamos mostrar a los investigadores en el lado no biológico de la ciencia y la ingeniería y aquellos sin muchos recursos o conexiones que también pueden contribuir con su energía y talento ".
