Los investigadores prueban en colaboración la eficacia de las mascarillas para combatir la propagación de la COVID-19
Esta cámara de descontaminación es una de las herramientas que se utilizan para esterilizar las mascarillas. Crédito: Texas Tech University
En las primeras semanas de la pandemia de coronavirus, las mascarillas escaseaban tanto que era casi imposible encontrarlas. Como resultado, la gente comenzó a crear máscaras sustitutas a partir de cualquier cosa posible: bufandas, camisetas viejas reutilizadas e incluso bolsas de vacío.
Para los investigadores de la Universidad Tecnológica de Texas y el Centro de Ciencias de la Salud de la Universidad Tecnológica de Texas (TTUHSC), esto planteó preguntas de vital importancia: ¿Eran efectivas esas máscaras? ¿Eran incluso seguros?
Como parte del grupo colaborativo West Texas 3-D COVID-19 Relief Consortiuma recientemente establecido que utiliza métodos innovadores para producir equipos de protección personal (PPE), ventiladores y componentes de ventiladores para hospitales y centros de salud sistemas de atención en todo el oeste de Texas, estos investigadores comenzaron la tarea de evaluar diferentes tipos de máscaras sugeridas por el público, así como nuevos prototipos desarrollados por otros miembros del consorcio.
«Configuré el grupo de prueba y diseño de máscaras para evaluar el ajuste y la protección», dijo Al Sacco Jr., decano de la Facultad de Ingeniería Edward E. Whitacre Jr., quien reunió al equipo de prueba. «Primero, una máscara debe usarse correctamente: la configuración de la máscara debe ajustarse correctamente a la cara de una persona o no servirá de nada.
«Si la máscara se puede hacer para sellar alrededor de la cara, entonces el material está hecha la máscara se envía a un grupo para probar su protección. Establecimos este grupo para evaluar qué tan eficientemente estos materiales filtran partículas y, si tienen una eficiencia superior al 95%, cómo se pueden limpiar. También tenemos personas que caracterizan todos los materiales probados para comprender mejor cómo funcionan, verificar los resultados del desafío de partículas y ayudarnos a diseñar mejores máscaras para el futuro».
Los investigadores provienen de una variedad de disciplinas y, en consecuencia, prueban las máscaras en una variedad de formas específicas para su experiencia individual.
Brandon Weeks, profesor de ingeniería química y decano asociado de investigación y programas de posgrado en la Facultad de Ingeniería, y su esposa, Louisa Hope-Weeks, profesora del Departamento de Química y Bioquímica, está probando el ajuste, el sellado y la transpirabilidad de las máscaras ensambladas.
Karin Ardon-Dryer, profesora asistente de ciencias atmosféricas en el Departamento de Geociencias que estudia los efectos en la salud de las partículas minúsculas de aerosoles en el aire, y el químico analítico Jon Thompson, profesor asociado de química y bioquímica que estudia las propiedades químicas y ópticas de los aerosoles atmosféricos, están examinando cómo podemos Todos los diferentes materiales de mascarillas pueden filtrar tales partículas.
Shilyn Almodovar, profesora asistente en el Departamento de Inmunología y Microbiología Molecular de TTUHSC, está exponiendo los materiales a diferentes métodos de descontaminación para ver cómo responden. Mientras tanto, Min Kang, vicepresidente sénior interino de investigación de TTUHSC; Justin White, director sénior de la Oficina del Presidente de TTUHSC; y el Dr. Jnev Biros, investigador asociado en la oficina del decano de ingeniería, están estudiando qué tan bien se pueden esterilizar esos materiales para su reutilización.
Juliusz Warzywoda y Rumeysa Tekin, en el Centro de Caracterización de Materiales, están tomando imágenes y analizando la distribución del tamaño de partículas y fibras de los materiales para obtener más información sobre ellos.
«Hay tantos componentes», dijo Ardon-Dryer. «Es un equipo realmente grande y todos contribuyen en un aspecto o en varios. Pero todo es una parte crucial del rompecabezas».
«Una sola pieza no es suficiente para determinar qué máscara o el filtro es mejor», estuvo de acuerdo Tekin. «Es por eso que cada miembro del equipo está trabajando en cosas diferentes para comprender el rendimiento de la máscara».
Juntos, el equipo espera poder brindar una recomendación útil para aquellos que tanto necesitan máscaras para protegerse.
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«Hemos reunido un maravilloso e innovador grupo de profesionales solidarios», dijo Sacco. «Este es un esfuerzo interdisciplinario e integrado para informar a los profesionales de la salud, los socorristas y grupos como la policía sobre cómo usar mascarillas y qué mascarilla es mejor para sus aplicaciones».
Ajuste, sellado y transpirabilidad
Debido a que la mayoría de las máscaras que se probarán llegan ya fabricadas, el grupo prueba las máscaras ensambladas antes de desmontarlas para probar sus materiales.
Como primer paso en la prueba, Weeks and Hope- Semanas examinan qué tan bien se ajusta cada máscara a la cara del usuario, si crea un sello efectivo alrededor de los bordes exteriores y qué tan bien el usuario puede respirar en ella.
«Usamos un dispositivo que mide la concentración de partículas dentro la máscara versus fuera de la máscara», dijo Weeks. «Tiene dos tubos, uno está fuera de la máscara y el otro dentro. La eficiencia de la máscara es la relación de estos dos números. Por ejemplo, una máscara N95 eliminaría el 95% de las partículas de 300 nanómetros o más».
Para comparar directamente las máscaras entre sí sin tener que tener en cuenta los problemas entre los diferentes usuarios, todas las máscaras se prueban en un tema: Hope-Weeks.
«Hacemos las pruebas de máscaras en un entorno más cercano al mundo real para asegurarse de que toda la máscara sea eficiente, desde el puente de la nariz hasta los lazos para sujetarla», dijo Weeks. «Trabajamos con una enfermera, Molly Bates, que estaba cosiendo y usando en la sala de emergencias máscaras que ella misma hizo. Las primeras que tuvimos, hubo desafíos para que se sellaran alrededor de la nariz y las mejillas. Al usar algunas de nuestra información, pudo mover la colocación de las ataduras y cambiar el alambre del puente de la nariz y obtuvimos un sello mucho mejor».
Filtración de partículas
Ardon-Dryer ahora tiene una configuración elaborada que diseñó con el único propósito de probar qué tan bien los diferentes materiales de máscara pueden evitar que las partículas en el aire sean inhaladas.
En su laboratorio, Ardon-Dryer usa sus instrumentos para generar y contar partículas esféricas. partículas de 250 nanómetros de tamaño. Las partículas se dividen uniformemente en dos grupos. Un grupo se canaliza directamente a lo que efectivamente es un instrumento de conteo. El otro grupo debe pasar a través de una muestra del material de la máscara que se está probando en su camino hacia un instrumento contador idéntico.
Al comparar la cantidad de partículas potenciales y la cantidad de partículas que detuvo la máscara, el material puede ser calificada en función de su eficacia. El tamaño de las partículas también es importante porque, si bien 250 nanómetros es significativamente más grande que el tamaño de las partículas del coronavirus, es más pequeño que los 300 nanómetros que se supone que deben bloquear las máscaras N95. Esto significa que su configuración puede determinar la efectividad de los materiales probados en comparación con los que comprenden los N95.
En su prueba, Ardon-Dryer trató de tener en cuenta factores adicionales que pueden influir en la eficiencia del material, como el flujo de aire frecuencia y tiempo.
«En reposo, está respirando siete u ocho litros por minuto, pero cuando está activo es considerablemente más alto y puede provocar que se inhalen más partículas», dijo. “Además, ¿cuánto tiempo se va a usar este material? ¿Sirve para una hora o un trabajador de la salud puede hacer un turno completo de 12 horas con él? No podemos probar todas las combinaciones posibles, pero hemos corrido experimentos de tres horas de duración a múltiples velocidades de flujo para ver si realmente funciona o si observamos una disminución en la eficiencia».
Hasta ahora, Ardon-Dryer ha examinado una amplia variedad de materiales para mascarillas, incluidos N95, KN95 de China, filtros HEPA, telas de algodón y más.
«Todo lo que podamos poner en nuestras manos y probar, eso nos ayuda a comprender qué tan eficiente es el material y cómo podemos mejorarlo .»
Caracterización de materiales
Warzywoda y Tekin están utilizando la tecnología disponible en el Centro de Caracterización de Materiales (MCC) para generar imágenes y analizar características específicas de los diferentes materiales, como partículas y fibras. distribución de tamaño.
«Creo que MCC es clave en este esfuerzo», dijo Tekin. «En el MCC, contamos con instrumentos avanzados como un microscopio electrónico de barrido, un espectrómetro infrarrojo, un espectrómetro de microscopio Raman, etc.»
El microscopio electrónico de barrido, por ejemplo, se usa para examinar los materiales a través de los cuales las partículas han sido pasados. Con el microscopio, los investigadores pueden ver qué tan bien las diversas telas capturaron las partículas.
Enfatizó que cualquier herramienta, o de hecho cualquier enfoque, no puede por sí mismo dar una determinación precisa de qué material es el mejor. Por eso, dijo, es tan importante ser parte de un gran equipo que trabaja en conjunto para responder la pregunta desde tantas perspectivas como sea posible, porque en el centro de todo está la salud y la seguridad de las personas que trabajan para garantizar la salud y la la seguridad de todos los demás.
«Esperamos medir el desempeño de los nuevos materiales de las máscaras que protegerán a nuestros héroes en la batalla contra el COVID-19», dijo Tekin. «Estamos encantados de poder contribuir a estos proyectos».
Esterilización de mascarillas
Almodóvar y Biros están utilizando un enfoque del mundo real para probar los materiales de las mascarillas: exponiéndolos a una y luego examinar qué tan bien se pueden esterilizar y qué método de esterilización es más efectivo.
Debido a las estrictas restricciones de prueba para los laboratorios que realmente usan SARS-CoV-2, el virus que causa COVID-19 , Almodóvar está realizando los experimentos con un virus diferente que tiene una estructura similar.
«Eso nos proporcionará una prueba de concepto para eliminar patógenos con ciertos métodos de descontaminación», dijo Biros.
Las pruebas permiten a los investigadores evaluar no solo cómo responden los materiales a varios métodos de limpieza, sino también con qué frecuencia se pueden usar de manera segura, dijo Sacco.
Uno de esos métodos, con el que Kang y colaboradores de The El Instituto de Salud Ambiental y Humana está descontaminando el EPP para las instituciones regionales de atención médica, use Es una cámara especial llena de estantes de alambre. Se pueden colocar hasta 10,000 máscaras a la vez, que luego se exponen a un vapor especial durante 15 minutos antes de dejar que se aireen durante cuatro o cinco horas. Las tarjetas bioindicadoras que contienen bacterias difíciles de matar se colocan en la cámara con las máscaras para indicar que el proceso de descontaminación está completo.
Si bien la pandemia de coronavirus ha presentado desafíos para los investigadores de muchos orígenes, también ha presentado una oportunidad para que se unan para enfrentar la amenaza, dijo Biros.
«Esta ha sido una experiencia tan desconcertante para todos nosotros durante las últimas semanas», dijo Biros. «Y, sin embargo, nuestro equipo no solo presentó una innovación acelerada, sino también nuestro incomparable sentido de dedicación a la comunidad. Contamos con profesores, personal, estudiantes y socios comunitarios de un alcance impensable de disciplinas en todo el oeste de Texas para asegurarnos de hacer todo lo posible para proporcionar el apoyo necesario para nuestros compañeros trabajadores de la salud en su buena lucha de sacrificio y determinación».
Por qué es importante
El punto, dijo Weeks, es que se necesita PPE para muchos más personas de las que están en la primera línea de la lucha contra el coronavirus.
«La gente debe recordar que la mayoría de la comunidad médica no trabaja directamente con pacientes con COVID-19», dijo Weeks. «Ellos también necesitan EPP para hacer su trabajo de manera segura. Cuando descubrimos que hay médicos y enfermeras que fabrican y usan sus propias máscaras porque el EPP de alta calidad se usó para pacientes con COVID-19, realmente nos dimos cuenta de cómo esto afecta a las personas en toda la comunidad médica. Incluso si no podemos hacer una máscara que cumpla con el estándar N95, es bueno saber que estamos ayudando a otros a hacer su trabajo de la manera más segura posible.
«No hacer nada es no es una opción».
Una de las razones por las que el trabajo del grupo es tan importante es contrarrestar la desinformación.
«El objetivo elemental de este proyecto es proporcionar evidencia a las autoridades e incluso a los ciudadanos preocupados- recomendaciones basadas en su proceso de toma de decisiones para el uso de materiales y patrones de máscaras», dijo Biros. «Esperamos brindar recomendaciones sobre los procedimientos de fabricación de máscaras respaldadas con evidencia científica sólida que guiará a los usuarios de máscaras a través de muchos materiales que son falsamente se supone que es eficaz en la protección».
Para decirlo sin rodeos, que yo y ayudar a las personas a darse cuenta de que están perdiendo el tiempo y se están poniendo en peligro a sí mismas y a los demás al hacer máscaras con materiales ineficaces.
«Alrededor de la época en que comenzamos, apareció un artículo sobre cómo las toallas azules de la tienda eran el mejor material disponible para las mascarillas», dijo Weeks. «Internet estaba explotando por esto porque eran baratos y simples. Sin embargo, descubrimos que eran terribles y nada efectivos. Pudimos hacer que la gente local dejara de coser estas máscaras bastante rápido».
En tales casos, descubrir los materiales que no funcionan es tan importante como encontrar los que funcionan.
«Si conocemos los materiales que no son buenos, sabemos que no los recomendamos», Ardon -Dijo Secadora. «Si sabemos que hay algunos materiales que son mejores, podemos pasar al siguiente paso y probarlos más. Entonces, es una pieza del rompecabezas, realmente, y estamos tratando de repasar cada pieza. Si Si nos falta una pieza, no respondemos todas las preguntas, y debemos hacerlo, porque esto involucra la vida de las personas».
Todos los investigadores expresaron un sentido de orgullo por estar involucrados en el trabajo del consorcio y, sobre todo, todo, un deseo de hacer una diferencia por el bien de la comunidad.
«Nunca he hecho algo como esto», dijo Weeks, «pero trabajamos con un montón de gente inteligente. Cuando la gente pone su conocimiento detrás de las cosas en colaboración, es posible lograr grandes impactos con bastante rapidez».
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