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Le maschere facciali in nanofibra migliorano l'efficienza di filtrazione, ma devono essere sostituite più spesso

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Dalla sua comparsa, il virus COVID-19 ha infettato più di 207,7 milioni di persone in tutto il mondo e ha fatto più di 4,3 milioni di vittime, secondo il cruscotto coronavirus dell'Organizzazione Mondiale della Sanità al 17 agosto. Tuttavia, molti professionisti medici attribuiscono il ruolo consequenziale delle maschere facciali nel rallentare la diffusione del virus e proteggere la salute umana.

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Le innovazioni per migliorare l'efficacia delle maschere, con una crescente attenzione alla produzione di nanofibre, hanno portato a una maggiore efficienza di filtrazione, a un maggiore comfort e a una maggiore capacità respiratoria. Tuttavia, gli effetti delle gocce di microacqua sull'integrità delle nanofibre sono relativamente poco chiari.

In Physics of Fluids, da AIP Publishing, i ricercatori della Southern University of Science and Technology di Shenzhen, Cina, esaminano queste ambiguità attraverso una visualizzazione delle nanofibre che interagiscono con l'esposizione all'aerosol d'acqua.

"Quando COVID-19 ha colpito per la prima volta, le maschere per il viso erano estremamente a corto ovunque, e la gente ha inventato tutti i modi per 'ringiovanire' le maschere usate. Era come una gara tra chef, con la bollitura, la cottura a vapore, la griglia e persino il fumo", ha detto il co-autore Boyang Yu. "Il nostro intuito ci ha detto che questo non può essere giusto. Dobbiamo indagare e vedere cosa è successo esattamente con le nanofibre"

Yu e i suoi colleghi hanno usato video microscopici ad alta velocità per visualizzare sistematicamente l'evoluzione delle nanofibre fatte di polimeri con diversi angoli di contatto, diametri e dimensioni delle maglie sotto l'esposizione all'aerosol d'acqua.

"Filmare le nanofibre è come fare ritratti di bambini", ha detto Yu. "Non amano rimanere al loro posto per la telecamera. Questo perché le nanofibre sono molto morbide e fragili, specialmente con il flusso di aerosol che soffia attraverso. Ma con abbastanza cura, pazienza e fortuna, alla fine abbiamo ottenuto dei bei scatti per la nostra analisi"

Le immagini prodotte rivelano che le nanofibre si fondono in modo irreversibile durante la "fase di cattura delle gocce" così come la successiva fase di evaporazione del liquido, riducendo significativamente la lunghezza effettiva della fibra per catturare gli aerosol. Essi mostrano che le fibre idrofobiche e tessute ortogonalmente possono ridurre le forze capillari e diminuire il tasso di coalescenza delle fibre.

"Abbiamo confermato tre cose", ha detto il co-autore Weiwei Deng. "Uno, le nanofibre sono superbe nel catturare le goccioline nell'aerosol. Due, le nanofibre sono legate insieme dopo che l'aerosol è stato catturato. E tre, questo legame è stretto e irreversibile, anche dopo che le goccioline catturate evaporano"

"Le fibre bagnate tendono a legarsi tra loro nello stesso modo in cui i capelli bagnati tendono a raggrupparsi. È a causa della forza capillare, che diventa dominante man mano che la scala delle dimensioni si restringe, ed è estremamente forte per le nanofibre. L'inverno sta arrivando", ha detto Deng. "Quando fuori fa freddo, il tuo respiro contiene più goccioline che possono far collassare più rapidamente le maglie delle nanofibre"