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Un tipo migliore di maschera per il viso: Ricercatori sviluppano maschere che uccidono i virus

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Il team di ricerca ha utilizzato attrezzature accessibili e convenienti per migliorare le maschere N95 e ridurre gli sprechi

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I ricercatori del Rensselaer Polytechnic Institute hanno creato un metodo pratico per produrre maschere facciali N95 che sono allo stesso tempo eccellenti barriere anti-germi e killer di germi a contatto. Le mascherine antivirali e antibatteriche possono essere indossate per periodi di tempo più lunghi, il che comporterebbe una riduzione dei rifiuti di plastica in quanto le mascherine non dovrebbero essere sostituite così spesso.

Per combattere le malattie respiratorie infettive e l'inquinamento ambientale, Helen Zha, professore assistente di ingegneria chimica e biologica e membro del Center for Biotechnology and Interdisciplinary Studies at Rensselaer (CBIS), ha collaborato con Edmund Palermo, professore associato di scienza e ingegneria dei materiali e membro del Center for Materials, Devices, and Integrated Systems (cMDIS) di Rensselaer.

"Si è trattato di una sfida di ingegneria dei materiali dalle molte sfaccettature, con un grande e variegato team di collaboratori", ha detto Palermo. "Riteniamo che questo lavoro sia il primo passo verso la realizzazione di dispositivi di protezione individuale autosterilizzanti di maggiore durata, come il respiratore N95. Potrebbe contribuire a ridurre la trasmissione di agenti patogeni trasportati dall'aria in generale"

I ricercatori sono riusciti a innestare polimeri antimicrobici ad ampio spettro sui filtri in polipropilene utilizzati nelle maschere facciali N95, secondo lo studio pubblicato di recente su Applied ACS Materials and Interfaces.

"Gli strati filtranti attivi delle maschere N95 sono molto sensibili alle modifiche chimiche", ha detto Zha. "Possono peggiorare le loro prestazioni in termini di filtrazione, quindi essenzialmente non funzionano più come N95". Sono fatte di polipropilene, che è difficile da modificare chimicamente. Un'altra sfida è che non si vuole interrompere la finissima rete di fibre di queste maschere, che potrebbe renderle più difficili da respirare"

Zha e Palermo, insieme ad altri ricercatori del Rensselaer, del Michigan Technological Institute e del Massachusetts Institute of Technology, hanno attaccato in modo covalente i polimeri di ammonio quaternario antimicrobici alle superfici delle fibre dei tessuti non tessuti di polipropilene utilizzando l'innesto a raggi ultravioletti (UV). I tessuti sono stati donati da Hills Inc. per gentile concessione dell'ex alunno di Rensselaer Tim Robson.

"Il processo che abbiamo sviluppato utilizza una chimica molto semplice per creare questo rivestimento polimerico non lesivo che può uccidere virus e batteri essenzialmente rompendo il loro strato esterno", ha detto Zha. "È un metodo molto semplice e potenzialmente scalabile"

Il team ha utilizzato solo la luce UV e l'acetone nel suo processo, che sono ampiamente disponibili, per renderlo facile da implementare. Inoltre, il processo può essere applicato a filtri in polipropilene già prodotti, invece di richiedere lo sviluppo di nuovi filtri.

Il team ha riscontrato una diminuzione dell'efficienza di filtrazione quando il processo è stato applicato direttamente allo strato filtrante delle maschere N95, ma la soluzione è semplice. L'utente potrebbe indossare una maschera N95 inalterata insieme a un altro strato di polipropilene con sopra il polimero antimicrobico. In futuro, i produttori potrebbero realizzare una maschera con il polimero antimicrobico incorporato nello strato superiore.

Grazie a una sovvenzione della National Science Foundation Rapid Response Research (RAPID), Zha e Palermo hanno iniziato la loro ricerca nel 2020, quando le mascherine N95 scarseggiavano.

Gli operatori sanitari riutilizzavano persino le maschere destinate a essere monouso. Arriviamo al 2022 e le mascherine di tutti i tipi sono ora ampiamente disponibili. Tuttavia, i tassi di COVID sono ancora elevati, la minaccia di un'altra pandemia in futuro è una possibilità concreta e le maschere monouso si accumulano nelle discariche.

"Speriamo di essere dall'altra parte della pandemia di COVID", ha detto Zha. ma questo tipo di tecnologia sarà sempre più importante". La minaccia di malattie causate da microbi trasportati dall'aria non sta scomparendo. È ora di migliorare le prestazioni e la sostenibilità dei materiali che usiamo per proteggerci"

"Attaccare gruppi chimici che uccidono virus e batteri al contatto con il polipropilene è una strategia intelligente", ha dichiarato Shekhar Garde, preside della Scuola di Ingegneria di Rensselaer. "Data l'abbondanza di polipropilene nella vita quotidiana, forse questa strategia sarà utile anche in molti altri contesti"

Lo studio è stato finanziato dal NIH/National Institutes of Health

Riferimento: "Virucidal N95 Respirator Face Masks via Ultrathin Surface-Grafted Quaternary Ammonium Polymer Coatings" di Mirco Sorci, Tanner D. Fink, Vaishali Sharma, Sneha Singh, Ruiwen Chen, Brigitte L. Arduini, Katharine Dovidenko, Caryn L. Heldt, Edmund F. Palermo e R. Helen Zha, 25 maggio 2022, ACS Applied Materials and Interfaces.

DOI: 10.1021/acsami.2c04165

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