Científicos de materiales de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (NTU Singapur) ha desarrollado una "máscara nanotecnológica" reutilizable que puede filtrar el 99,9 por ciento de las bacterias, virus y material particulado (PM), así como matar bacterias.

Su novedoso recubrimiento antimicrobiano mata las bacterias en 45 segundos y es eficaz durante al menos 144 horas (seis días).

Su eficiencia de filtración supera la de las máscaras N95 (95 por ciento de filtración de PM0.3) y se puede lavar y reutilizar más de 10 veces.

A mediados de mayo Singapur endureció sus medidas de COVID-19 ya que el país se enfrentaba a un aumento en el número de infecciones, y se recomendó a la población que usara máscaras faciales con alta capacidad de filtración para ayudar a frenar la propagación del coronavirus.

La máscara fabricada en NTU consta de dos componentes clave:un recubrimiento antimicrobiano hecho de nanopartículas de cobre desarrollado y patentado por el profesor Lam Yeng Ming, recubierto con una máscara de tela inventada por el profesor asociado Liu Zheng, que tiene una propiedad dieléctrica única que atrae todas las nanopartículas y gérmenes.

Prof Lam, quien también es el presidente de la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales de NTU, dijo que su prototipo de máscara combina las dos propiedades más deseadas necesarias para combatir COVID-19, en un solo filtro.

"En experimentos, nuestro recubrimiento de nanopartículas de cobre tiene una actividad antibacteriana extremadamente rápida y sostenida, con una eficacia de eliminación de hasta el 99,9 por ciento cuando se encuentra con bacterias resistentes a múltiples fármacos. Este recubrimiento ayudará a reducir la propagación de bacterias, ya que mata a los microbios en las gotas atrapadas por las fibras de la máscara. que proporcionan una excelente eficiencia de filtración. Esto debería proporcionar a los usuarios una doble capa de protección en comparación con las máscaras quirúrgicas convencionales. "explicó el profesor Lam.

Los experimentos sobre la eficacia antibacteriana de la máscara se llevaron a cabo en colaboración con científicos de la Universidad Nacional de Singapur (NUS). Simularon condiciones de la vida real mediante la introducción de bacterias resistentes a múltiples fármacos en forma de gotas en superficies de tela y observaron que casi todas las bacterias estaban muertas a los 45 segundos.

La razón de la efectividad del recubrimiento antimicrobiano fue doble:la primera es el tamaño extremadamente pequeño de las nanopartículas, que son aproximadamente 1, 000 veces más pequeño que el ancho de un cabello humano. Colectivamente, millones de nanopartículas proporcionan una gran superficie para que los virus y las bacterias entren en contacto, en comparación con partículas más grandes.

El segundo es el alto nivel de daño oxidativo causado por el material de óxido de cobre. El óxido de cobre induce la generación de especies reactivas de oxígeno, resultando en daño del ADN de estructuras celulares importantes en las bacterias, como la membrana celular, dañándolo gravemente y provocando la muerte de las bacterias.

Para que sea fácil de aplicar, la solución de nanopartículas antimicrobianas está diseñada para ser aplicada por pulverización en todas las superficies blandas y duras.

Varios estudios revisados ​​por pares han demostrado que el óxido de cobre es eficaz para matar virus, como el reciente estudio publicado en Interfaces y materiales aplicados ACS por la Universidad de Hong Kong y Virginia Tech, donde las manijas de las puertas se recubrieron con una capa de material de óxido de cobre.

El equipo de NTU probó su recubrimiento de nanopartículas en condiciones difíciles durante 120 ciclos de lavado (en presencia de jabón o sus componentes activos a 45 ° C) y descubrió que casi no había pérdida de cobre, lo que presenta muy poco riesgo de toxicidad para los humanos.

Las nanopartículas también están unidas a las fibras dentro de la máscara, por lo que no hay contacto con la piel humana cuando se usa la máscara.

Capacidades superiores de captura de la máscara

Matar virus y bacterias solo funcionaría si la máscara es capaz de atraparlos y evitar que pasen. Aquí es donde el avance de Assoc Prof Liu fue útil.

El año pasado, su equipo desarrolló una forma de integrar materiales dieléctricos a fibras plásticas durante el proceso de fabricación de un filtro de tela no tejida hecho de polipropileno (PP), comúnmente utilizado en mascarillas quirúrgicas desechables utilizadas por hospitales. Esto se hizo en colaboración con el profesor Guan Li de la Universidad Renmin de China.

Los materiales dieléctricos tienen excelentes capacidades electrostáticas, que puede atraer y unirse a partículas que poseen una carga negativa o positiva, similar a cómo los imanes atraen partículas metálicas.

Hecho de fibras con un diámetro de 200 a 300 nanómetros, la máscara tiene un área de superficie más alta que reduce la resistencia a la respiración, lo que facilita la respiración de su usuario en comparación con los respiradores N95 convencionales, que son más densos.

En pruebas, la tela compuesta dieléctrica de próxima generación tenía un 50 por ciento más de eficiencia de filtración que las máscaras de PP puro, que comúnmente tienen una clasificación de 95 por ciento BFE (eficiencia de filtración bacteriana).

El profesor asociado Liu dijo:"Con nuestro nuevo filtro compuesto, podemos lograr hasta un 99,9 por ciento de BFE, atrapando casi todos los microbios y partículas de humo o neblina. Su eficiencia de filtración supera a una máscara N95 pero permite que el usuario respire mucho más fácilmente.

"Más importante, se puede producir en masa fácilmente utilizando el proceso de producción actual. También se puede lavar más de 10 veces antes de perder la eficiencia de filtración. haciéndolo más sostenible que las máscaras desechables de un solo uso actuales ".

En experimentos, la máscara fue capaz de atraer y atrapar una amplia gama de partículas:desde PM10 (tamaño medio de partícula de 10 micrones) hasta PM0,3 (0,3 micrones, alrededor del 0,3 por ciento del diámetro de un cabello humano) con una eficiencia de filtración del 99,9 por ciento .

El recubrimiento antimicrobiano tiene una patente presentada a través de la empresa de innovación y empresa de NTU, NTUitive, y el equipo del profesor Lam ya está trabajando con una empresa local para aplicarlo en sus productos.

Un fabricante extranjero utiliza ahora el material de tejido compuesto dieléctrico de Assoc Prof Liu para fabricar máscaras N95 que son tan fáciles de respirar como las máscaras quirúrgicas desechables y que están disponibles comercialmente.

El equipo ahora está buscando trabajar con socios de la industria local que desean obtener licencias y ampliar la producción de su máscara 2 en 1 y actualmente están preparando artículos científicos para enviarlos a revistas científicas.

Los científicos de NTU han estado trabajando en el desarrollo de soluciones en la lucha global contra COVID-19.

Estos incluyen innovaciones como robots de desinfección autónomos, Kits de prueba rápida COVID-19 y un dispositivo de alcoholemia, una mascarilla inteligente, revestimientos antimicrobianos, así como la investigación fundamental sobre el coronavirus para encontrar nuevos objetivos farmacológicos para el tratamiento y el desarrollo de vacunas.

La atención médica es uno de los grandes desafíos de la humanidad que NTU busca abordar en el marco del plan estratégico de NTU 2025.