¿Son eficaces todas las mascarillas para hacer frente a la pandemia en la que vivimos? ¿Cuáles son los mecanismos de bloqueo que presentan? Conozcamos más adentro a nuestro nuevo compañero de vida.
El virus puede propagarse por 3 vías: transporte aéreo, contacto y fómite (objeto inerte que, si se contamina, es capaz de transmitir el patógeno de un individuo a otro).
El SARS-CoV-2 presenta un tamaño aproximado de 100 nanómetros, y se contagia de un individuo a otro a través de gotículas y aerosoles. Las gotículas pueden ser grandes, de un tamaño mayor a 20 micras, y caen en los objetos más fácilmente debido a la acción de la gravedad, y gotículas pequeñas (< 5-10 micras) que se evaporan y quedan en el aire facilitando la propagación por éste. Los aerosoles se encuentran en el rango de tamaños de 10 nanómetros a 5 micras. Estas partículas pueden permanecer en el aire durante horas, favoreciendo el contagio. Partículas de 1 micra pueden quedar en el aire durante 12 horas con estornudos fuertes capaces de propagarlo alrededor de 6 metros [1]. A medida que disminuye el tamaño del aerosol, la difusión por movimiento browniano y las interacciones electrostáticas entre partículas y fibras es un mecanismo predominante en el rango de 100 nm a 1 µm.
Para frenar la transmisión, las mascarillas son un factor clave. Pueden ser de varios tipos: FFP2, quirúrgicas y home-made/higiénicas. Para que sean verdaderamente una herramienta para la prevención, deben presentar ciertas características que permitan frenar las gotículas y aerosoles a través de ellas [3]. A continuación abordaremos este tema de la eficacia de filtración:
During the COVID-19 pandemic, the supply of commercially manufactured respirators and facemasks has not been able to meet the demand. The U.S. CDC has therefore provided guidance for the public to use alternatives such as cloth face coverings to slow the spread of COVID-19.
La eficacia de filtración mide la capacidad de las mascarillas de filtrar partículas en un determinado rango de tamaño incluyendo virus y otras partículas submicrométricas. La eficiencia de filtración de la membrana depende de la estructura (tamaño de poro, organización de las fibras), carga de las fibras, el grosor y diámetro de la fibra, la densidad de empaquetamiento, etc., del material. Se ha concluido que las fibras de pequeño diámetro y gran superficie que forman pequeños huecos en comparación con las fibras más largas, conducen a una mayor eficiencia de filtrado.
Los mecanismos de filtración son los siguientes: sedimentación por gravedad, impacto inercial, intercepción, difusión y atracción electrostática. La sedimentación por gravedad la sufren las partículas más grandes (gotículas grandes), pero en la pequeña escala las tensiones superficiales dominan y entran en juego las fuerzas electrostáticas. Las gotículas pequeñas que son más grandes que los poros son simplemente bloqueado por tensiones de esfuerzo. De esta manera, partículas posteriores más pequeñas pueden ser bloqueadas por aglomeración. Ocurren también fenómenos de difusión asociados al transporte y concentración de partículas, de manera que partículas pequeñas sufren un cambio en su trayectoria por una situación energética favorable y son bloqueadas. Otras partículas son simplemente bloqueadas al impactar con las fibras o ser interceptadas por éstas.
La energía cinética de las partículas incidentes se gasta al interactuar con la tela, debido a las tensiones de cizalla. De manera que es de interés aumentar el número de interacciones que sufren las partículas. Esto se consigue con una disminución de la porosidad efectiva (% de huecos respecto del total) y un mayor número de capas.
Además, las interacciones entre las partículas y la tela depende de las propiedades del material, y son determinantes en el comportamiento de filtración. Por un lado hay que tener en cuenta la propiedad dieléctrica del material y, por otro lado, su hidrofobicidad/hidrofilicidad. Las mascarillas hidrófobas, con su alto ángulo de contacto, favorecen que las gotas no se retengan. Las mascarillas hidrófilas, aunque captan las partículas, hacen uso de las tensiones superficiales aerosoles-tela para disminuir su velocidad/energía. Las mascarillas quirúrgicas están formadas por 3 capas de polipropileno no tejido (hidrófobo). Las hechas en casa, son normalmente fabricadas con materiales hidrofílicos, por ello se deben componer de varias capas para aumentar las interacciones con los aerosoles, disminuyendo la porosidad efectiva.
Al cantar o gritar, las partículas pueden impactar en las mascarillas con una velocidad de 17,1 m/s. Ciertos estudios [1],[2] han visto como esa velocidad se ve reducida de diferente manera dependiendo de la mascarilla. Las gotas que penetran en una sola capa de tela de camiseta tenían una velocidad de salida media de 9,6 m/s. En contraste, las gotas que penetraron una máscara médica y 2 capas de tela de camiseta tuvieron velocidades de salida medianas de 2,2 m/s y 3,0 m/s, respectivamente. Por lo tanto, estas gotas transmitidas tienen un impulso mucho menor. Además, las gotas que se liberan al hablar sobre una mascarilla, así como las que se reciben en la superficie exterior de la mascarilla, tienen un impulso bajo. Por lo tanto, es posible que no tengan suficiente energía para superar las barreras de tensión superficial y atravesar la tela.
El problema de encontrar un material apropiado para una mascarilla implica un compromiso entre transpirabilidad y eficiencia de bloqueo de las partículas de virus. En la tabla se recogen las mascarillas más comunes hoy en día. Las FFP2 presentan el mejor comportamiento de filtración de gotículas y aerosoles. Las siguientes podría pensarse que son las quirúrgicas, que poseen unos adecuados valores de filtración, pero hay mascarillas híbridas que consiguen valores cercanos a las FFP2. Se trata de las mascarillas formadas por 3 capas de algodón-poliéster, o con una conformación de 80% poliéster- 20% poliamida. Si nos fijamos en los valores de transpirabilidad, se observa que la mayoría de las mascarillas higiénicas presentan mejores valores que las FFP2 o quirúrgicas.
Referencias
[1] A. Konda, A. Prakash, G. A. Moss, M. Schmoldt, G. D. Grant, and S. Guha, “Aerosol Filtration Efficiency of Common Fabrics Used in Respiratory Cloth Masks,” ACS Nano, vol. 14, no. 5, pp. 6339-6347, 2020/05/26, 2020.
[2] O. Aydin, B. Emon, S. Cheng, L. Hong, L. P. Chamorro, and M. T. A. Saif, “Performance of fabrics for home-made masks against the spread of COVID-19 through droplets: A quantitative mechanistic study,” Extreme Mechanics Letters, vol. 40, pp. 100924, 2020/10/01/, 2020.
[3] K. O’Dowd, K. M. Nair, P. Forouzandeh, S. Mathew, J. Grant, R. Moran, J. Bartlett, J. Bird, and S. C. Pillai, “Face Masks and Respirators in the Fight Against the COVID-19 Pandemic: A Review of Current Materials, Advances and Future Perspectives,” Materials, vol. 13, no. 15, 2020.
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