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El MIT diseña una máscara facial de COVID calentada para filtrar e inactivar los coronavirus
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La máscara reutilizable incluiría una malla de cobre calentada que funciona con una batería y rodeada de neopreno aislante.
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Se ha demostrado que las mascarillas son eficaces para filtrar virus como el del SARS-CoV-2, reduciendo así el riesgo de infección. Un equipo de investigadores del MIT espera ahora ir un paso más allá y crear una máscara que inactiva los virus mediante el calor.
Los investigadores pretenden construir máscaras que incorporen una malla de cobre calentada. A medida que la persona que lleva la máscara inspira y exhala, el aire fluye repetidamente a través de la malla, y cualquier partícula viral en el aire es frenada e inactivada por la malla y las altas temperaturas. Esta máscara podría ser útil para los profesionales de la salud, dicen los investigadores, así como para el público en situaciones en las que el distanciamiento social sería difícil de lograr, como en un autobús lleno de gente.
"Este es un concepto de máscara completamente nuevo, ya que no bloquea principalmente el virus. En realidad deja que el virus pase a través de la máscara, pero la ralentiza y la inactiva", dice Michael Strano, el Profesor de Carbono P. Dubbs de Ingeniería Química en el MIT.
Los investigadores han comenzado a construir prototipos y esperan comenzar a probarlos pronto. Describieron el nuevo concepto y diseño en un documento que enviaron a bioRxiv, un servidor de preimpresión en línea, y también han presentado el documento a una revista revisada por pares.
Strano es el autor principal del artículo, y el estudiante graduado del MIT Samuel Faucher es el autor principal. Otros autores son los estudiantes graduados del MIT Daniel Lundberg, Xinyao Liang, y Xiaojia Jin; la licenciada Rosalie Phillips; la posdoctora Dorsa Parviz; y Jacopo Buongiorno, el Profesor de Ciencias e Ingeniería Nuclear del MIT.
Inactivación de los virus
Strano y Buongiorno comenzaron a explorar conceptos para nuevos tipos de máscaras faciales en marzo, poco después de que el MIT intensificara las operaciones de investigación en el campus. Empezaron a investigar los informes científicos existentes sobre los diferentes tipos de máscaras, y no encontraron ninguna que estuviera diseñada principalmente para matar virus por calentamiento.
"Las máscaras que usamos ahora están diseñadas para capturar parte del virus. Ofrecen protección, pero nadie piensa realmente en desactivar el virus y esterilizar el aire. Eso me sorprendió", dice Strano.
El equipo se propuso diseñar una máscara que matara los virus usando calor. Decidieron utilizar la malla de cobre como elemento de calentamiento y captura, y realizaron algunos modelos matemáticos para determinar el rango de temperatura óptimo que necesitarían alcanzar para matar los coronavirus que fluyen hacia adentro o hacia afuera de la respiración natural.
"La gran mayoría de las máscaras de hoy en día funcionan por filtración, filtrando las partículas por tamaño o carga eléctrica", dice Faucher. "Esta máscara se basa en un mecanismo diferente y funciona predominantemente por inactivación térmica."
Los investigadores calcularon la rapidez con la que los coronavirus se degradan a diferentes temperaturas y condiciones de atrapamiento, y encontraron que una temperatura de unos 90 grados centígrados podría lograr entre mil y un millón de veces la reducción de las partículas virales, dependiendo del tamaño final de la máscara. También demostraron que esa temperatura puede alcanzarse haciendo correr una corriente eléctrica a través de una malla de cobre de 0,1 milímetros de espesor o un calentador termoeléctrico, alimentado por una pequeña batería. Los prototipos actuales incluyen una batería de 9 voltios, que proporcionaría suficiente energía para calentar la máscara durante unas horas y enfriaría el aire antes de ser inhalado.
"Por supuesto, debemos tener en cuenta la seguridad y la comodidad de los usuarios de la máscara", dice Faucher. "El aire se enfriará después de la inactivación viral para que la máscara sea cómoda y segura de usar."
Los investigadores pudieron mejorar la eficiencia de la desactivación del virus aprovechando la respiración para crear un tipo de reactor conocido como reactor de flujo inverso. A medida que la persona que usa la máscara inspira y espira, el flujo de aire se invierte continuamente, permitiendo que cualquier virus en la máscara pase sobre la malla muchas veces y haciendo más probable que se desactiven. El aire purificado fluye por los conductos de ventilación a ambos lados de la máscara.
"Este diseño significa que puedes llevar una pequeña máscara, algo que se ajustará a tu cara, pero el virus puede pasar mucho más tiempo desactivándose que sin el diseño del reactor de flujo inverso", dice Strano.
La malla de cobre está rodeada de neopreno, un material aislante que evita que el exterior de la máscara se caliente demasiado para usarla.
"Alcanzar la temperatura para la inactivación del virus mientras se aísla térmicamente la cara de la persona y se asegura una inhalación de aire frío aceptable constituyó un interesante desafío de transferencia de calor, que resolvimos con el aislamiento de neopreno y la calefacción regenerativa", dice Buongiorno.
"Mejor tecnología"
Los respiradores N95, las máscaras quirúrgicas y las máscaras de tela son eficaces y deben utilizarse durante la pandemia según las indicaciones, dice Strano, pero una ventaja potencial de las máscaras calentadas es que, como matan el virus, no es necesario descontaminarlas ni tirarlas después de su uso. Además, pueden ofrecer una protección extra al eliminar el virus en lugar de sólo filtrarlo.
"Lo que mostramos es que es posible llevar algo en la cara que no sea demasiado engorroso, que pueda realmente permitirte respirar aire médicamente estéril", dice Strano. "La perspectiva de poder inhalar y exhalar aire médicamente estéril, protegiendo a las personas que te rodean y protegiéndote a ti mismo, es sólo el siguiente paso. Es una mejor tecnología"
Las máscaras calefactoras serían más caras que las máscaras de tela o las máscaras quirúrgicas, pero podrían ser útiles en situaciones en las que el riesgo de exposición es alto y el costo es menos preocupante, dicen los investigadores. Han solicitado una patente para su diseño de máscara, y planean comenzar a probar prototipos en el MIT con colaboradores.
La investigación se financió como parte de un proyecto patrocinado por la Oficina de Investigación Naval