Ingenieros del MIT diseñan mascarilla facial térmica que filtra e inactiva los coronavirus

Es reutilizable e incluye una malla de cobre que se calienta con una batería y está rodeada de neopreno aislante.

Se ha demostrado que las mascarillas faciales son eficaces para filtrar virus como el virus SARS-CoV-2, reduciendo así el riesgo de infección.

Un equipo de investigadores del MIT ahora espera dar un paso más y crear una máscara que inactive los virus usando calor.

Los investigadores apuntan a construir máscaras que incorporen una malla de cobre calentada.

A medida que la persona que usa la máscara inhala y exhala, el aire fluye repetidamente a través de la malla, y las partículas virales en el aire se ralentizan e inactivan debido a la malla y las altas temperaturas.

Dicha 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 un autobús abarrotado.

“Este es un concepto de máscara completamente nuevo en el sentido de que no bloquea principalmente el virus.

De hecho, permite que el virus pase a través de la máscara, pero lo ralentiza y lo inactiva”, dice Michael Strano, profesor de ingeniería química de Carbon P. Dubbs en el MIT.

Los investigadores han comenzado a construir prototipos y esperan comenzar a probarlos pronto.

Describieron el nuevo concepto y diseño en un artículo que publicaron en bioRxiv, un servidor de preimpresión en línea, y también enviaron el artículo 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 incluyen a los estudiantes graduados del MIT Daniel Lundberg, Xinyao Liang y Xiaojia Jin; la estudiante de pregrado Rosalie Phillips; postdoctorado Dorsa Parviz; y Jacopo Buongiorno, profesor TEPCO de Ciencia e Ingeniería Nuclear en el MIT.

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.

Comenzaron investigando informes científicos existentes sobre diferentes tipos de máscaras y no encontraron máscaras diseñadas principalmente para matar virus por calentamiento.

“Las máscaras que usamos ahora están diseñadas para capturar parte del virus.

Ofrecen protección, pero nadie está pensando realmente en inactivar el virus y esterilizar el aire. Eso me sorprendió”, dice Strano.

El equipo se propuso diseñar una máscara que matara virus usando calor.

Decidieron usar una malla de cobre como elemento de calentamiento y captura, y realizaron algunos modelos matemáticos para determinar el rango de temperatura óptimo que necesitarían lograr para matar los coronavirus que fluyen hacia adentro o hacia afuera de la respiración natural.

“La gran mayoría de las máscaras funcionan hoy por filtración, filtrando 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 que los coronavirus se degradan a diferentes temperaturas y condiciones de atrapamiento, y encontraron que una temperatura de aproximadamente 90 grados Celsius podría lograr una reducción de entre mil y un millón de partículas virales, dependiendo del tamaño final de la máscara.

También demostraron que esa temperatura se puede lograr pasando 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 energía suficiente para calentar la máscara durante unas horas y enfriaría el aire antes de inhalarlo.

“Por supuesto, debemos ser conscientes de la seguridad y la comodidad de los usuarios de mascarillas”, 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 lleva la máscara inhala y exhala, el flujo de aire se invierte continuamente, lo que permite que los virus de la máscara pasen por la malla muchas veces y sea más probable que se desactiven.

El aire purificado sale por las rejillas de ventilación de ambos lados de la mascarilla.

“Este diseño significa que puede usar una máscara pequeña, algo que se ajuste a su 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 usarlo.

“Lograr la temperatura para la inactivación de virus mientras se aisla térmicamente la cara de la persona y se asegura una inhalación de aire frío aceptable fue un desafío interesante de transferencia de calor, que resolvimos con aislamiento de neopreno y calefacción regenerativa”, dice Buongiorno.

Los respiradores N95, las mascarillas quirúrgicas y las mascarillas de tela son efectivos y deben usarse durante la pandemia según las instrucciones, dice Strano, pero una ventaja potencial de las mascarillas térmicas es que, debido a que matan el virus, no es necesario descontaminarlas ni desecharlas después de su uso.

Además, pueden ofrecer protección adicional al eliminar el virus en lugar de solo filtrarlo.

“Lo que mostramos es que es posible llevar algo en la cara que no sea demasiado incómodo, que de hecho puede permitirle respirar aire médicamente estéril”, dice Strano.

“La perspectiva de poder respirar aire médicamente estéril y exhalar aire médicamente estéril, proteger a las personas que lo rodean y protegerse a sí mismo, es solo el siguiente paso. Es mejor tecnología“.

Las máscaras térmicas serían más caras que las de tela o las máscaras quirúrgicas, pero pueden 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 sobre el diseño de su máscara y planean comenzar a probar prototipos en el MIT con colaboradores.

Fuente: MIT