Se está desarrollando una nueva mascarilla, la primera de su tipo, que elimina activamente los virus mediante un elemento calefactor.
El elemento calefactor se crea haciendo pasar una corriente eléctrica a través de una malla de cobre de 0,1 milímetros de grosor.
La mascarilla también incorporará un elemento aislante para proteger a sus usuarios del elemento calefactor.
La investigación descrita en este artículo se ha publicado en un servidor de preimpresiones, pero aún no ha sido revisada por pares por expertos científicos o médicos.
Se ha demostrado que las mascarillas son eficaces para filtrar virus como el SARS-CoV-2, lo que reduce el riesgo de infección. Un equipo de investigadores del MIT espera ahora dar un paso más y crear una mascarilla que inactive los virus mediante calor.
Los investigadores pretenden fabricar mascarillas que incorporen una malla de cobre calefactada. Mientras la persona que lleva la mascarilla inhala y exhala, el aire fluye repetidamente a través de la malla, y las partículas virales presentes en el aire se ralentizan e inactivan por la malla y las altas temperaturas. Según los investigadores, una mascarilla de este tipo podría ser útil para los profesionales sanitarios, así como para el público general en situaciones en las que el distanciamiento social sería difícil de mantener, como en un autobús abarrotado.
“Se trata de un concepto de mascarilla completamente nuevo, ya que no bloquea principalmente el virus. En realidad, deja que el virus atraviese la mascarilla, pero lo ralentiza y lo inactiva”, afirma Michael Strano, catedrático Carbon P. Dubbs de Ingeniería Química del MIT.
Los investigadores han comenzado a construir prototipos y esperan empezar a probarlos pronto. Describieron el nuevo concepto y diseño en un artículo que publicaron en bioRxiv, un servidor de preimpresiones en línea, y también han enviado el artículo a una revista revisada por pares.
Strano es el autor principal del artículo, y el estudiante de posgrado del MIT Samuel Faucher es el primer autor. Entre los demás autores se encuentran los estudiantes de posgrado del MIT Daniel Lundberg, Xinyao Liang y Xiaojia Jin; la estudiante de grado Rosalie Phillips; la posdoctoral Dorsa Parviz; y Jacopo Buongiorno, catedrático TEPCO de Ciencia e Ingeniería Nuclear del MIT.
Inactivación de virus
Strano y Buongiorno empezaron a explorar conceptos para nuevos tipos de mascarillas en marzo, poco después de que el MIT redujera las operaciones de investigación en el campus. Comenzaron revisando informes científicos existentes sobre distintos tipos de mascarillas y no encontraron ninguna diseñada principalmente para eliminar virus mediante calor.
“Las mascarillas que usamos hoy en día están diseñadas para capturar parte del virus. Ofrecen protección, pero nadie parece estar pensando en inactivar el virus y esterilizar el aire. Eso me sorprendió”, afirma Strano.
El equipo se propuso diseñar una mascarilla que eliminara los virus mediante calor. Decidieron utilizar malla de cobre como elemento calefactor y de captura, y realizaron un modelado matemático para determinar el intervalo de temperatura óptimo que necesitarían alcanzar para eliminar los coronavirus que entran o salen con la respiración natural.
“La gran mayoría de las mascarillas actuales funcionan por filtración, filtrando partículas según su tamaño o carga eléctrica”, explica Faucher. “Esta mascarilla se basa en un mecanismo diferente y funciona principalmente por inactivación térmica”.
Los investigadores calcularon la rapidez con la que se degradan los coronavirus a distintas temperaturas y condiciones de captura, y comprobaron que una temperatura de unos 90 grados Celsius podría lograr una reducción de entre mil y un millón de veces en las partículas virales, según el tamaño final de la mascarilla. También demostraron que esa temperatura puede alcanzarse haciendo pasar una corriente eléctrica a través de una malla de cobre de 0,1 milímetros de grosor o de un calefactor termoeléctrico, alimentado por una pequeña batería. Los prototipos actuales incluyen una batería de 9 voltios, que proporcionaría energía suficiente para calentar la mascarilla durante unas pocas horas y enfriaría el aire antes de inhalarlo.
“Por supuesto, debemos tener en cuenta la seguridad y la comodidad de los usuarios de la mascarilla”, explica Faucher. “El aire se enfriará después de la inactivación viral para que la mascarilla sea cómoda y segura de usar”.
Los investigadores lograron mejorar la eficiencia de la desactivación viral aprovechando la respiración para crear un tipo de reactor conocido como reactor de flujo inverso. Mientras la persona que lleva la mascarilla inhala y exhala, el flujo de aire se invierte continuamente, lo que permite que los virus presentes en la mascarilla pasen sobre la malla muchas veces y aumenta la probabilidad de que sean desactivados. El aire purificado sale por las rejillas situadas a ambos lados de la mascarilla.
“Este diseño significa que puedes llevar una mascarilla pequeña, que se ajuste a la cara, pero el virus puede pasar mucho más tiempo desactivándose que sin el diseño de reactor de flujo inverso”, afirma Strano.
La malla de cobre está rodeada de neopreno, un material aislante que evita que el exterior de la mascarilla se caliente demasiado para poder llevarla.
“Alcanzar la temperatura necesaria para inactivar el virus, aislando térmicamente el rostro de la persona y garantizando una inhalación de aire aceptablemente fresco, supuso un interesante reto de transferencia de calor, que resolvimos con aislamiento de neopreno y calentamiento regenerativo”, afirma Buongiorno.
“Una tecnología mejor”
Los respiradores N95, las mascarillas quirúrgicas y las mascarillas de tela son eficaces y deben utilizarse durante la pandemia según las indicaciones, afirma Strano, pero una posible ventaja de las mascarillas calefactadas es que, al eliminar el virus, no necesitan descontaminarse ni desecharse después de su uso. Además, podrían ofrecer una protección adicional al eliminar el virus en lugar de solo filtrarlo.
“Lo que demostramos es que es posible llevar en la cara algo que no sea demasiado engorroso y que permita respirar aire médicamente estéril”, afirma Strano. “La posibilidad de inhalar aire médicamente estéril y exhalar aire médicamente estéril, protegiendo a las personas que nos rodean y a nosotros mismos, es simplemente el siguiente paso. Es una tecnología mejor”.
Las mascarillas calefactadas serían más caras que las de tela o las quirúrgicas, pero podrían ser útiles en situaciones de alto riesgo de exposición en las que el coste importa menos, según los investigadores. Han presentado una solicitud de patente para su diseño de mascarilla y planean empezar a probar prototipos en el MIT con colaboradores.
La investigación fue financiada como parte de un proyecto patrocinado por la Oficina de Investigación Naval de Estados Unidos.
