Las mascarillas faciales de nanofibras mejoran la eficiencia y deben reemplazarse con más frecuencia

Malla de nanofibras de poliacrilonitrilo antes (izquierda), durante (medio) y después (derecha) de la captura de neblina de agua. La malla se vuelve más gruesa a medida que algunas nanofibras se adhieren una vez que las gotas de agua capturadas se han evaporado por completo. Crédito: Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur, Shenzhen, China

Los videos capturan el comportamiento de las nanofibras bajo exposición a aerosoles acuosos.

desde su brote, COVID-19 El virus ha infectado a más de 220,9 millones de personas en todo el mundo y ha matado a más de 4,5 millones, según el panel de control de coronavirus de la OMS al 7 de septiembre de 2021.

Sin embargo, muchos profesionales médicos atribuyen el papel secundario de las mascarillas a la desaceleración de la propagación del virus y la protección de la salud humana.

Las innovaciones para mejorar la eficacia de la mascarilla, con un mayor enfoque en la fabricación de nanofibras, han llevado a una mayor eficiencia de filtración, mayor comodidad y una capacidad respiratoria más fácil. Sin embargo, los efectos de las microgotas de agua sobre la integridad de las nanofibras son relativamente poco claros.

en un física de fluidosInvestigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur en Shenzhen, China, examinaron estos misteriosos puntos visualizando nanofibras que reaccionan a la exposición a aerosoles acuosos.

El video muestra una red de nanofibras de poliacrilonitrilo (PAN) que captura agua nebulizada. La malla se vuelve más gruesa a medida que algunas nanofibras se adhieren una vez que las gotas de agua capturadas se han evaporado por completo. Crédito: Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur, Shenzhen, China

“Cuando apareció COVID-19, el suministro de máscaras faciales era muy escaso en todas partes, y la gente ideó todo tipo de formas de” restaurar “las máscaras faciales utilizadas. Era como una competencia de chef, con hervir, cocinar al vapor, asar a la parrilla y incluso fumar “, dijo el coautor Boyang Yu. Nuestra intuición nos dijo que esto no podía ser cierto. Tenemos que mirarlo y ver qué sucedió exactamente con las nanofibras “.

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Yu y sus colegas utilizaron microscopía de video de alta velocidad para visualizar sistemáticamente la evolución de nanofibras de polímero con diferentes ángulos de contacto, diámetros y tamaños de celosía bajo exposición a aerosoles.

“Obtener imágenes de nanofibras es como tomar fotografías de bebés”, dijo Yu. “No les gusta quedarse en su lugar frente a la cámara. Esto se debe a que las nanofibras son muy suaves y quebradizas, especialmente con el flujo de aerosol. Pero con suficiente cuidado, paciencia y suerte, finalmente obtuvimos buenas tomas para nuestro análisis”. . ”

Las imágenes obtenidas revelan que las nanofibras se combinan irreversiblemente durante la “fase de captura de gotas”, así como la fase de evaporación del líquido posterior, lo que reduce significativamente la longitud efectiva de la fibra para la captura de aerosoles. Muestra que las fibras tejidas son hidrófobas y perpendiculares pueden reducir las fuerzas capilares y reducir la velocidad de fusión de las fibras.

“Confirmamos tres cosas”, dijo el coautor Weiwei Ding. “Primero, las nanofibras son excelentes para capturar gotitas en aerosoles. Segundo, las nanofibras se unen después de capturar el aerosol. Y tercero, esta unión es tensa e irreversible, incluso después de que las gotitas capturadas se hayan evaporado”.

“Las fibras húmedas tienden a unirse de la misma manera que los filamentos húmedos tienden a unirse. Es debido a la fuerza capilar, que se vuelve predominante con la contracción de la escala de tamaño, que es demasiado fuerte para las nanofibras”.

Se espera que los resultados del estudio ayuden a mejorar el diseño, la fabricación y el uso de máscaras faciales de nanofibras. Proporcionan evidencia visual directa de la necesidad de reemplazar las mascarillas con frecuencia, especialmente en ambientes fríos.

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“Se acerca el invierno”, dijo Ding. “Cuando hace frío afuera, su aliento contiene más gotas que pueden hacer que la red de microfibras se rompa más rápidamente”.

Referencia: “Visualización de la interacción de la red de aerosoles y nanofibras” por Boyang Yu, Jian Chen, Daner Chen, Rouxi Chen, Yuenan Wang, Xiujuan Tang, Hsing-Lin Wang, Lian-Ping Wang y Weiwei Deng, 7 de septiembre de 2021, física de fluidos.
DOI: 10.1063 / 5.0061847

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