The Cavalier Daily
Serving the University Community Since 1890

Investigadores de ingeniería química de U.Va. desarrollan máscaras de tela más eficaces

Pronto se producirán en masa y se pondrán a disposición en Charlottesville mascarillas transpirables y reutilizables que utilizan estructuras metal-orgánicas para filtrar partículas.

El artículo no expresa las opiniones o posiciones de los traductores. El artículo es una versión traducida del artículo que se encuentra a continuación: enlace

Escritora original: Claire Huchthausen

Traducido por: Chelsea Edwards e Isabella Sheridan 

Investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas han desarrollado un método para producir en masa máscaras de tela eficaces y reutilizables. Las máscaras deben su eficacia como filtros de aire a unos compuestos químicos llamados estructuras metal-orgánicas, o MOF.

Gaurav Giri, un profesor adjunto de Ingeniería Química, es el investigador principal del laboratorio que desarrolla la tecnología. Él explicó que los MOF son cristales vacíos formados por iones metálicos unidos a compuestos orgánicos. Estos MOF tienen una porosidad muy elevada, de lo cual se puede aprovechar. Por ejemplo, los MOF pueden acumular  fármacos en su interior para su administración, o pueden acumular gases en su interior para la captura de carbono. La porosidad elevada de los MOF también puede utilizarse para filtrar partículas en el aire.

Sangeun Junga, un estudiante de posgrado de ingeniería, lleva trabajando con los MOF en el laboratorio de Giri desde que empezó la escuela de posgrado.

"Piensa en los MOF como en esponjas con agujeros muy pequeños", dijo Junga. "Van a funcionar como un tamiz molecular".

Esta porosidad alta significa que los MOFs tienen un área de superficie muy alta, aproximadamente 1000 metros cuadrados por gramo del material.

"En un gramo de material, su área de superficie equivale aproximadamente al área de superficie de un campo de fútbol", dijo Giri.

Giri es originariamente de Nepal. Tras volver allí en 2016 para casarse, se dio cuenta de que la contaminación del aire de Nepal había empeorado. Tuvo la idea de que si los MOF se podían poner en telas — que son baratas y usadas por todo el mundo — y estas telas podrían utilizarse para hacer filtros de aire baratos y eficaces.

El proceso de fabricación de la tela MOF es muy similar al proceso de teñido de telas. Emily Beyer, estudiante de cuarto año de Ingeniería, ha trabajado en el laboratorio de Giri desde su primer año en la Universidad. Sus responsabilidades actuales en el laboratorio incluyen la producción de muestras de telas MOF mediante una técnica llamada recubrimiento por inmersión.

Beyer sumerge primero una muestra de cualquier tela común—como el algodón o el poliéster—en una solución de moléculas orgánicas disueltas en agua. Luego seca la muestra con toallas de papel y la sumerge en una solución de iones metálicos—incluido el circonio—disueltos en agua. Se produce una reacción en los poros de la tela para integrar los MOF en el material. Beyer repite este proceso seis veces y lo deja secar por 24 horas. Una muestra terminada sigue teniendo el aspecto y el tacto de una tela normal. Los únicos cambios aparentes son un ligero tinte blanquecino o amarillento y un aspecto polvoriento debido a las propiedades de los MOF.

Inicialmente, el laboratorio de Giri se enfocó en la fabricación de la tela MOF para combatir la contaminación del aire. Pero cuando la pandemia de COVID-19 paralizó la Universidad y el mundo, el trabajo cambió de rumbo. Se necesitaban filtros de aire y datos sobre su eficacia.

"Las máscaras se estaban agotando", dijo Giri. "No teníamos ni idea de lo que funcionaba y lo que no. La gente estaba haciendo de todo, en cuanto a fabricar un filtro en la cara que evitara la entrada de partículas".

El laboratorio de Giri ya estaba diseñando filtros de aire y tenía el equipo para probarlos, así que el laboratorio obtuvo la aprobación de emergencia para permanecer abierto. Durante los seis meses siguientes, el laboratorio de Giri probó la eficacia de entre 50 y 100 filtros diferentes. 

Beyer siguió ayudando en la investigación a distancia el verano de 2020, pero pudo volver al laboratorio cuando regresó para su tercer año ese otoño. Probar la eficacia de las muestras de la tela MOF también forma parte de las tareas de Beyer en el laboratorio.

Giri explicó que los filtros bloquean las partículas de dos maneras diferentes. Para las partículas menores de 0,3 micras, los filtros son "electrostáticamente pegajosos". Las partículas se adhieren al filtro en lugar de atravesarlo. Para las partículas mayores de 0,3 micras, los filtros actúan como una barrera simple que no pueden atravesar. Pero las partículas del tamaño de 0,3 micras son demasiado grandes para pegarse bien al filtro y demasiado pequeñas para que el filtro las bloquee bien. La eficacia de una mascarilla se mide por lo bien que bloquea las partículas de este tamaño tan complicado.

No hay regulaciones con respecto a la eficacia de las mascarillas. Los Centros de Control de Enfermedades y Prevención (Centers for Disease Control) enfatizan que “todas las mascarillas y respiradores proveen algún nivel de protección” pero animan a la gente a “llevar la mascarilla más protectora que puedas que usarás constantemente”. 

Las mascarillas de N95 tienen eficacia del 95 por ciento, mientras que las mascarillas de tela solo tienen eficacia de 5 a 10 por ciento. Las telas MOF se han demostrado por Nelson Labs, un proveedor principal de las pruebas de laboratorio microbiológicas y analíticas, ser el 25 a 30 por ciento eficaz contra 0.3 partículas de micrón. 

Las mascarillas de MOF son aproximadamente dos veces más eficaz, el 50 a 60 por ciento, contra partículas víricas de COVID-19 porque son más pequeñas, alrededor de 0.1 micrones, y por eso, más probable a pegarse al filtro. 

Aunque las mascarillas de MOF no son tan eficaces como las mascarillas de N95, es importante considerar otro factor, la transpirabilidad. 

“Una pared de ladrillo puede evitar que el 100 por ciento de partículas pasen a través, si?” dijo Giri. “También es irrespirable”. 

Giri explicó que las mascarillas de N95 son muy eficaces, pero tienen una transpirabilidad muy baja. Las mascarillas de tela no son muy eficaces, pero son mucho más respirables. Las mascarillas de MOF son tres veces más eficaces que las mascarillas de tela mientras que conservan casi la misma transpirabilidad.

“La gente es muchas veces más probable a llevar mascarillas de tela por un día de trabajo de 6 o 8 o 10 horas, comparado a llevar una mascarilla por aquel periodo de tiempo”, dijo Giri. “¿Cuánta protección estás dispuesto a sacrificar por comodidad? Porque si la elección es que estés cómodo o no uses, entonces no importa si es muy bueno porque entonces nadie la va a llevar”. 

Las mascarillas de MOF también son reutilizables. Según Giri, pueden ser lavadas alrededor de 25 veces sin perder eficacia. Sin embargo, el laboratorio continúa probando cómo lavar afecta las mascarillas de MOF, dijo Jung. 

Durante el último año y medio, el grupo de Giri ha aumentado el tamaño de las telas MOF. 

Generalmente, telas de MOF son producidas en escala de laboratorio, alrededor del tamaño del círculo que puedes crear con su pulgar e índice. El grupo de Giri ahora ha escalado con éxito el tamaño de producción de hasta 50 metros cuadrados de material. El próximo paso es 1000 metros cuadrados, el tamaño en que una compañía de tela estándar produciría la tela. Esta sería la primera vez que telas MOF son producidas en esta escala. 

Cuando esto es logrado, las mascarillas de MOF pueden ser fabricadas en masa usando la maquinaria preexistente de las fábricas. Giri ha predicho que el primer lote de alrededor de 5.000 a 10.000 mascarillas de MOF deben estar disponibles al público dentro de los próximos dos meses, si todo va bien. 

“Hemos visto la física, hemos visto la dinámica de fluidos, pensamos que va a funcionar, pero no es la misma cosa que decir que va a funcionar”, dijo Giri. 

Debido al número relativamente pequeño de mascarillas que serán producidos al principio, el primer lote de mascarillas solo será vendido en Charlottesville. Giri no pudo dar un precio estimado en este momento, pero el mercado existente para las mascarillas será considerado. 

Giri ya está usando una de las mascarillas MOF que el laboratorio ha hecho como prueba de un concepto, dijo Beyer. Ella fue preguntada si planea usar mascarillas MOF cuando estén disponibles al público. 

“¿Después de pasar cuatro años en ello?” dijo Beyer. “Absolutamente”. 

Mascarillas para proteger COVID-19 son lo “más saliente y significativo ahora” para telas MOF, dijo Giri. Pero este trabajo tiene un alcance más amplio. Aplicaciones potenciales para telas incluyen tecnologías como ropa que pueden monitorear el pulso o cortinas que pueden capturar carbón. 

“Todas esas aplicaciones variadas para las que la gente ya ha usado MOFs, estamos proporcionando una ruta para ampliarlo'', dijo Giri. “Sacándolo solo de ciencias en laboratorios hacía ser útil para la humanidad es un puente que estamos tratando de cruzar”. 

Comments