Breathable face mask aims to kill viruses in coughs and sneezes / La maschera facciale traspirante mira a uccidere i virus in caso di tosse e starnuti

 Breathable face mask aims to kill viruses in coughs and sneezes / La maschera facciale traspirante mira a uccidere i virus in caso di tosse e starnuti

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Schematic shows how a chemical modulation layer “sanitises” the face mask wearer’s respiratory droplets  / Lo schema mostra come uno strato di modulazione chimica "disinfetta" le goccioline respiratorie di chi indossa la maschera  (Northwestern University)

Researchers in the US have developed a breathable face mask that aims to destroy viruses embedded in droplets exhaled in coughs and sneezes. 

By simulating inhalation, exhalation, coughs and sneezes in the laboratory, the researchers at Northwestern University in Illinois found that non-woven fabrics used in most masks work well to demonstrate the concept.

A lint-free wipe with 19 per cent fibre density sanitised up to 82 per cent of escaped respiratory droplets by volume. Such fabrics do not make breathing more difficult, and the on-mask chemicals did not detach during simulated inhalation experiments. The research is published in the journal Matter.

“Masks are perhaps the most important component of the personal protective equipment [PPE] needed to fight a pandemic,” said Northwestern’s Jiaxing Huang, who led the study. “We quickly realised that a mask not only protects the person wearing it, but much more importantly, it protects others from being exposed to the droplets [and germs] released by the wearer.”

Huang is a professor of materials science and engineering in Northwestern’s McCormick School of Engineering. Graduate student Haiyue Huang and postdoctoral fellow Hun Park, both members of Huang’s laboratory, are co-first authors of the paper.

“Where there is an outbreak of infectious respiratory disease, controlling the source is most effective in preventing viral spread,” said Haiyue Huang. “After they leave the source, respiratory droplets become more diffuse and more difficult to control.”

Although masks can block or reroute exhaled respiratory droplets, many droplets and their embedded viruses still escape. From there, virus-laden droplets can infect another person directly or land on surfaces to indirectly infect others. Huang’s team aimed to chemically alter the escape droplets to make the viruses inactivate more quickly.

Huang sought to design a mask fabric that: would not make breathing more difficult; load molecular anti-viral agents that dissolve in escaped droplets; and do not contain volatile chemicals or easily detachable materials that could be inhaled by the wearer.

After experiments, Huang and his team selected phosphoric acid and copper salt. According to Northwestern, these non-volatile chemicals were appealing because neither can be vaporised and then potentially inhaled and both create a local chemical environment that is unfavourable for viruses.

“Virus structures are actually very delicate and ‘brittle,'” Huang said in a statement. “If any part of the virus malfunctions, then it loses the ability to infect.”

Huang’s team grew a layer of a conducting polymer polyaniline on the surface of the mask fabric fibres. The material adheres strongly to the fibres, acting as reservoirs for acid and copper salts. The researchers found that even loose fabrics with low fibre packing densities of about 11 per cent, such as medical gauze, still altered 28 per cent of exhaled respiratory droplets by volume. For tighter fabrics, such as lint-free wipes, 82 per cent of respiratory droplets were modified.

Huang hopes the current work provides a scientific foundation for other researchers to develop their own versions of this chemical modulation strategy and test it further with viral samples or even with patients.

ITALIANO

I ricercatori negli Stati Uniti hanno sviluppato una maschera facciale traspirante che mira a distruggere i virus incorporati nelle goccioline esalate durante la tosse e gli starnuti.

Simulando l'inalazione, l'espirazione, la tosse e gli starnuti in laboratorio, i ricercatori della Northwestern University dell'Illinois hanno scoperto che i tessuti non utilizzati nella maggior parte delle maschere sono utilizzate per dimostrare il concetto.

Un panno privo di lanugine con una densità di fibra del 19% ha igienizzato fino all'82% in volume delle goccioline respiratorie fuoriuscite. Tali tessuti non rendono la respirazione più difficile e le sostanze chimiche sulla maschera non si sono staccate durante gli esperimenti di inalazione simulati. 

La ricerca è pubblicata sulla rivista Matter.

"Le maschere sono forse il componente più importante dei dispositivi di protezione individuale [DPI] necessari per combattere una pandemia", ha detto Jiaxing Huang della Northwestern, che ha guidato lo studio. "Ci siamo subito resi conto che una maschera non solo protegge la persona che la indossa, ma ancora più importante, protegge gli altri dall'essere esposti alle goccioline [e ai germi] rilasciati da chi la indossa".

Huang è un professore di scienza dei materiali e ingegneria presso la McCormick School of Engineering della Northwestern. La studentessa laureata Haiyue Huang ed il collega post-dottorato Hun Park, i membri del laboratorio di Huang, sono i primi autori dell'articolo.

"Dove c'è un focolaio di malattie respiratorie infettive, il controllo della fonte è più efficace nel prevenire la diffusione virale", ha detto Haiyue Huang. "Dopo aver lasciato la sorgente, le goccioline respiratorie diventano più diffuse e più difficili da controllare".

Sebbene le maschere possano bloccare o reindirizzare le goccioline respiratorie espirate, molte goccioline ed i loro virus incorporati sfuggono comunque. Da lì, le goccioline cariche di virus possono infettare un'altra persona direttamente o atterrare sulle superfici per infettare indirettamente gli altri. Il gruppo di Huang mirava ad alterare chimicamente le goccioline di fuga per rendere i virus inattivati ​​più rapidamente.

Huang ha cercato di progettare un tessuto per maschera che: non rendesse la respirazione più difficile; caricare agenti antivirali molecolari che si dissolvono in goccioline fuoriuscite; e non contengono sostanze chimiche volatili o materiali facilmente staccabili che potrebbero essere inalati da chi li indossa.

Dopo gli esperimenti, Huang e il suo gruppo hanno selezionato acido fosforico e sale di rame. Secondo Northwestern, queste sostanze chimiche non volatili erano allettanti perché nessuna delle due può essere vaporizzata e quindi può essere sperimentata ed entrambe creano un ambiente chimico locale sfavorevole ai virus.

"Le strutture dei virus sono in realtà molto delicate e 'fragili'", ha detto Huang in una dichiarazione. "Se una qualsiasi parte del virus non funziona correttamente, perde la capacità di infettare."

Il gruppo di Huang ha sviluppato uno strato di polianilina polimerica conduttrice sulla superficie delle fibre del tessuto della maschera. Il materiale aderisce fortemente alle fibre, fungendo da serbatoi per i sali acidi e di rame. I ricercatori hanno scoperto che anche i tessuti larghi con densità di impaccamento di fibre basse di circa l'11%, come le garze mediche, alteravano ancora il 28% in volume delle goccioline respiratorie espirate. Per i tessuti più stretti, come le salviette prive di lanugine, è stato modificato l'82% delle goccioline respiratorie.

Spera che l'attuale lavoro fornisca una base scientifica ad altri ricercatori per sviluppare le proprie versioni di questa strategia di modulazione chimica e testarla ulteriormente con campioni virali o persino con pazienti.

Da:

https://www.theengineer.co.uk/breathable-face-mask-kills-viruses-fabrics-northwestern/