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27 abril 2020

Nanotecnología y nuevos materiales para la lucha contra la COVID-19

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La rápida expansión del virus SARS-CoV-2 ha puesto en jaque a la industria de producción de elementos de bioseguridad: mascarillas, batas, equipos de protección personal (EPIs), guantes, pantallas de protección… Artículos esenciales para evitar los contagios, especialmente entre el personal sanitario y los enfermos, pero también de cara a la protección del resto de la población, una vez que se ha consolidado la recomendación del uso generalizado de mascarillas por parte de la Organización Mundial de la Salud.

Además de los retos logísticos de distribución y la cuestión esencial de democratizar el acceso a estos productos, los estados se han encontrado con una barrera fundamental para implantar nuevos protocolos de bioseguridad: no hay materiales suficientes para abastecer una demanda simultánea a nivel mundial. Por suerte, la ciencia, además de la búsqueda acelerada de una vacuna contra el virus SARS-CoV-2, avanza en paralelo en otros direcciones, como la de explorar nuevas tecnologías que permitan el desarrollo de nuevos materiales y elementos de bioseguridad que permitan satisfacer la demanda, e incluso optimizar los estándares actuales de protección.

Un equipo de investigación dirigido por Il-Doo Kim ha desarrollado una mascarilla facial con filtro de nanofibra que mantiene su eficiencia incluso después de ser lavada. Fuente: KAIST

Nanotejidos y nanofibras para elaborar mascarillas reutilizables

Para que las mascarillas sean eficaces en la protección frente al virus (es decir, que filtren de manera eficiente las micropartículas que pueden contagiar a quien la lleva puesta) deben cumplir con la normativa europea que las clasifica en base a su rendimiento. Las siglas FFP, “Filtering Face Piece”, hacen alusión a la capacidad de filtrado. La FFP3 es la única que cumple con las recomendaciones de la OMS para actividades con riesgo moderado y tiene un porcentaje de fuga del 2%. Es decir, solo se le pueden colar 2 de cada 100 micropartículas con riesgo de contagio. En el caso de las FFP2 el porcentaje es de 8 y en las FFP1, de 22.

Una vez que la decisión está tomada de manera internacional, hay que encontrar la forma de abastecer al planeta con tejidos y materiales que permitan mantener las condiciones de filtrado recomendables. Diferentes iniciativas de investigación tienen lugar en todo el mundo con este objetivo. La iniciativa de la startup española Bioinicia plantea desarrollar rollos de nanotejidos para crear los filtros de las mascarillas FFP2 y FFP3. José María Lagaron, CEO y jefe de investigación del grupo de Nuevos Materiales y Nanotecnología del Instituto de Agroquímica y Tecnología de Alimentos del CSIC, confirmaba a la agencia Europa Press que podrían producir entre 7 y 9 millones de mascarillas a la semana.

Filtrados mediante soluciones líquidas: química contra la COVID-19

Desde la Universidad de Stanford, un equipo que habitualmente se dedica la creación de celdas de combustible para la próxima generación de  vehículos está trabajando ahora en rediseñar mascarillas que permitan mejorar la saturación de oxígeno. Para poder ejercer su labor de filtrado, las mascarillas también dificultan la respiración. De hecho, se estima que las mascarillas de tipo N95 reducen el consumo de oxígeno entre un 5 y un 20 por ciento, según los científicos participantes en este proyecto.

Prototipo de mascarilla desarrollado en la Universidad de Stanford: Image credit: Andrew Brodhead

Un proyecto que también utiliza el agua para mejorar el filtrado y conseguir que las mascarillas y los EPIs sean reutilizables es la propuesta de la empresa I+DB ACOUSTIC, que plantea utilizar un filtro acuoso a través del que pasaría el aire. En este caso, el líquido incorporaría una disolución de desinfectante, como alcohol o peróxido de hidrógeno. El elemento filtrante se podría recargar para que sea siempre igual de eficiente. Además, dado que el desinfectante habría neutralizado el patógeno, se evitaría generar residuos tóxicos. El objetivo sería desarrollar un sistema sostenible de material personalizado para cada sanitario, que puede desinfectar y volver a utilizar un mismo equipo de forma prolongada en el tiempo.

Reutilizar y reciclar: un prototipo hecho con Tetra-Brick

La innovación aflora en situaciones desesperadas y en el contexto de la pandemia de COVID-19 algunos proyectos de investigación buscan reutilizar materiales ya existentes, tan comunes como los envases Tetra-Brick para transformarlos en mascarillas.

Incuso proyectos de investigación que buscan utilizar materiales ya existente como los Tetra-Brick para transformarlos en mascarillas, tal y como plantea el Instituto Andaluz de Domótica y Eficiencia Energética (IDEE). Según este organismo, el Tetra-Brick es un material formado por cinco capas superpuestas: tres de plástico, una de alumnio y otra de cartón (celulosa). Por lo que podrían resultar útiles para protegernos del traspaso del  virus SARS-CoV-2. El planteamiento sería modificar la salida de líquido para colocar un filtro provisional desechable. El prototipo, de ser confirmado y poner en marcha la producción, permitiría “una solución de protección absoluta, económica e incluso de fabricación doméstica”.

Hasta ahora todos los materiales con los que contamos en la lucha contra el virus evitan que traspase las superficies y llegue así a contagiar. Desde la Universidad Central de Florida (UCF), varios investigadores trabajan para desarrollar una película de nanopartículas que vaya mucho más allá del filtrado y puedan atrapar el virus y matarlo en cuestión de segundos. Sudipta Seal, un ingeniero especializado en ciencia de materiales y nanotecnología, inició este proyecto trabajando con Griffith Parks, un virólogo que dirige los esfuerzos de investigación en la Facultad de Medicina de la UCF. En una idea financiada por la National Science Foundation, Seal creará nanoestructuras que pueden capturar el virus y luego desencadenar una reacción química con luz ultravioleta para destruirlo. Los científicos dijeron que si tiene éxito, el recubrimiento podría agregarse a máscaras, guantes y batas.

Nuevos elementos de protección: reinventar las mascarillas

Imagen del sistema de bioseguridad denominado The constant flow canopy system. Fuente: European Respiratory Journal

Los investigadores sostienen que el plástico utilizado para el diseño de la cubierta no permite que el fluido o las partículas pasen a través de ella y que ha sido probada contra los estándares internacionales, que califican la efectividad basada en el número y el tamaño de las partículas en el aire que pasan a través del material. Además, evitaría que los enfermos se tocasen la cara, al quedar las manos fuera, y le sería más cómodo respirar sin mascarilla durante muchas horas seguidas.

Los investigadores sostienen que el plástico utilizado para el diseño de la cubierta no permite que el fluido o las partículas pasen a través de ella y que ha sido probada contra los estándares internacionales, que califican la efectividad basada en el número y el tamaño de las partículas en el aire que pasan a través del material. Además, evitaría que los enfermos se tocasen la cara, al quedar las manos fuera, y le sería más cómodo respirar sin mascarilla durante muchas horas seguidas.

 Dory Gascueña para OpenMind

@dorygascu

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