Un equipo internacional de investigadores está instando a los científicos e ingenieros físicos a unirse a la lucha contra la pandemia del nuevo coronavirus (COVID-19). y contribuir a la creación a largo plazo de conocimientos y tecnologías para las enfermedades respiratorias infecciosas en general.

Dirigido por Jiaxing Huang de la Universidad Northwestern, el equipo ha escrito un artículo en perspectiva publicado ayer (8 de abril) en la revista ACS Nano .

"Los trabajadores de la salud pública y de la salud están en primera línea para contener y mitigar la propagación de esta enfermedad, "escriben los investigadores." Aunque las respuestas biológicas e inmunológicas intervinientes contra la infección viral pueden parecer lejanas a las ciencias físicas y la ingeniería que suelen trabajar con objetos inanimados, en realidad, hay mucho que se puede y se debe hacer para ayudar en una crisis global como esta ".

Acción provocada por la ansiedad

La ansiedad inicial de Huang por el brote inicial de coronavirus lo inspiró a liderar el llamado a la acción. Sentirse confundido e impotente se las arregló estudiando libros de texto y literatura médica sobre virus respiratorios.

"Este ejercicio generó muchas preguntas e ideas, y me di cuenta de que los científicos físicos y los ingenieros podían hacer mucho para ayudar, "dijo Huang, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern. "Después de todo, antes de que una persona contraiga los virus, la transmisión y propagación ocurren en el espacio físico y en el mundo material ".

El esfuerzo inicial de Huang motivó a Haiyue Huang, un estudiante de posgrado en su laboratorio en Northwestern, para unirme a él para realizar una lectura intensiva, análisis y lluvia de ideas.

"Intelectualmente, fue un período de tiempo muy estimulante, ", dijo." Me sorprendió cómo nuestras intuiciones físicas, y algunas veces conjeturas descabelladas, pueden conectarse con las observaciones en la literatura médica ".

La solución recibe una subvención NSF RAPID

Los dos primeros redactaron el llamado a la acción para científicos e ingenieros físicos, e incorporó parte de él en un documento técnico para la National Science Foundation (NSF).

"La NSF está perfectamente posicionada para reunir a científicos e ingenieros físicos para que actúen sobre los desafíos asociados con una crisis como COVID-19, "dijo Huang, "Recibí un caluroso estímulo de la división de investigación de materiales, y casualmente, NSF rápidamente lanzó una convocatoria de propuestas a través de su mecanismo RAPID.

El laboratorio de Huang recibió una subvención RAPID, y Haiyue Huang se convirtió en uno de los investigadores designados como "esenciales" que trabajan día y noche para explorar un método de modulación química en máscara que puede reducir la infecciosidad de las gotitas respiratorias cargadas de virus.

Construyendo conexiones en todo el mundo

Para validar sus hipótesis e ideas, Huang consultó con un equipo de investigadores biomédicos y médicos de primera línea en China para comprender los problemas que encontraron en su batalla contra COVID-19. y para pulir aún más las estrategias. Dr. Xin Zheng, una alumna de Northwestern, y actualmente profesor y médico en Wuhan, Porcelana, Respondió rápidamente a la llamada de Huang. En los primeros días de COVID-19, había estado desconcertada por las características y comportamientos inesperados del virus.

"Estuvimos bajo una presión extremadamente alta esos días, pero elegimos luchar contra este virus, ", Dijo Zheng." Siendo médicos, todo el mundo aquí es un soldado en esta batalla ".

Zheng es el director del Departamento de Enfermedades Infecciosas del Union Hospital en Wuhan. que está afiliado a la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong. Dijo que los científicos e ingenieros físicos pueden centrarse en tres elementos clave:bloquear la fuente de virus, rompiendo la cadena de propagación y protegiendo a las poblaciones más vulnerables.

"Todos usamos equipo de protección personal a diario, ", añadió." Sabemos que los científicos físicos y los ingenieros pueden mejorar mucho ".

Áreas de oportunidad

En el artículo en perspectiva, los investigadores describen áreas en las que los científicos e ingenieros podrían ayudar:

• Insertar nuevas barreras a lo largo de las vías de infección basadas en las ciencias físicas y la ingeniería;
• "Contaminar" las gotitas respiratorias exhaladas con compuestos antivirales, reducir la viabilidad del virus en la fuente;
• Ingeniero de superficies sensibles a los estímulos para acelerar la inactivación de los virus depositados en los pomos de las puertas, pantallas táctiles, encimeras, y otras áreas dentro de hospitales y hogares;
• Hacer que el equipo de protección personal (EPP) sea más efectivo, incluyendo gafas que no se empañan y máscaras y trajes que no causan reacciones alérgicas ni aceleran la fatiga de los médicos de primera línea, que ya están bajo un tremendo estrés;
• Invente PPE inteligente con protección mejorada, funciones de comunicación y monitorización para los médicos que trabajan en las situaciones más peligrosas;
• Desarrollar materiales degradables y enfoques más sostenibles para procesar los desechos plásticos de EPI de forma segura;
• Piense en el alto rendimiento fabricación reconfigurable y flexible que puede manejar el aumento explosivo de la demanda de suministros médicos críticos;
• Desarrollar sistemas de prueba distribuidos con una rápida respuesta de muestreo en resultado, y rápida adquisición automática de datos para equipar mejor a los trabajadores de la salud pública y los responsables de la formulación de políticas para tomar decisiones más rápidas y precisas;
• Desarrollar nuevos modelos de sistemas para comprender mejor cómo se transmiten los virus, propagarse e interactuar fisioquímicamente con su entorno.

Los autores enfatizan que los investigadores aún pueden contribuir incluso si tienen poca o ninguna experiencia con enfermedades infecciosas. Este mensaje resonó en Hua-Li Nie, otra alumna de Northwestern del grupo de Huang, y actualmente profesor asociado en la Universidad de Donghua en Shanghai.

"Cuando fui contactado por el profesor Huang, quien es mi ex consejero, En ese momento estaba atrapado en casa ", dijo Nie." Mi campo no está directamente relacionado con las enfermedades infecciosas. Pero me intrigó la sugerencia del profesor Huang, y comencé a estudiar los temas. Pronto me di cuenta de que había cosas que podía hacer para ayudar, también. Finalmente, pudimos conectarnos con algunos médicos de primera línea a través de amigos de mis amigos y llevar a cabo discusiones significativas de forma remota ".

Preparación proactiva

En el noroeste, Huang ya ha animado a los estudiantes en su clase de Polímeros de conducción este trimestre de invierno pasado a pensar en formas de contribuir.

"Quiero que los estudiantes de ingeniería sean proactivos y piensen en lo que pueden hacer para ayudar a la sociedad, "dijo Huang, "Haiyue resultó ser mi asistente de enseñanza en ese curso, por lo que supervisó a dos estudiantes para demostrar un concepto de desinfección de máscaras faciales mediante calentamiento eléctrico a través de un recubrimiento de polímero conductor.

"Crisis como la pandemia de COVID-19 trasciende todo tipo de fronteras, "dijo Huang, "Espero ver a la gente romper los límites y trabajar juntos para crear soluciones".