Logo Vodafone

Compartir en:

Dulce solución: cómo usar una máquina de algodón de azúcar para fabricar filtros de mascarillas

Las máquinas de algodón de azúcar son habituales en ferias y parques de atracciones, girando sin descanso para producir nubes de hilos súper dulces. Pero hay quien cree que estos instrumentos también podrían usarse para un fin más importante, como es ayudar a combatir la pandemia de COVID-19.

A medida que avanza esta crisis sanitaria, los científicos han descubierto que el uso de mascarillas es una de las mejores opciones para reducir la propagación del coronavirus. Actualmente existen distintos tipos de mascarillas que pueden utilizarse, pero desafortunadamente, algunas de ellas (por ejemplo las de tela) están lejos de ser infalibles.

Las últimas investigaciones han demostrado que las mascarillas más eficientes para prevenir infecciones son las del tipo N95, una nomenclatura norteamericana que sería equivalente a una FFP2 europea.

La norma N95 específica que el respirador debe filtrar al menos un 95% de las partículas iguales o superiores a 0,3 micrones de diámetro. Y lo cierto es que la Organización Mundial de Salud (OMS) recomienda este tipo de mascarillas sobre todas las demás, ya que son conocidas por su capacidad de atrapar las partículas del ambiente usando electricidad estática. De hecho, han sido vitales durante años para proteger a los trabajadores sanitarios en contacto con pacientes de enfermedades respiratorias altamente infecciosas.

Básicamente, este tipo de mascarillas contienen filtros electrostáticos capaces de atraer y atrapar gotas de dimensiones micrométricas, así como virus y bacterias de cientos de nanómetros. Y los últimos estudios han demostrado que son la mejor opción para filtrar las gotas del tamaño de un aerosol (menores de 100 micras -µm-), que pueden permanecer suspendidas en el aire durante largos períodos de tiempo y penetrar profundamente en los pulmones.

Pero existe un problema: estas mascarillas son caras y difíciles de fabricar. Y es que, desafortunadamente, los filtros que utilizan se fabrican a través de un proceso de electrohilado muy sofisticado industrialmente hablando, que es difícil (pero no imposible) de duplicar utilizando materiales comúnmente disponibles.

¿Qué es la filtración electrostática?

Sabemos por experiencia, especialmente en climas fríos con baja humedad ambiental, que cuando dos telas se frotan entre sí, se obtiene electricidad estática. Las telas tejidas a partir de fibras naturales como la lana o el algodón, que poseen una mayor rugosidad, e incluso las telas sintéticas como el nailon, ganan carga estática al frotarse. La idea de explotar telas cargadas para ayudar en la filtración se remonta a algunas décadas. Y, de hecho, algunos de los primeros diseños de mascarillas faciales que incorporaban filtración utilizaban lana o fibras de fieltro.

En la actualidad para generar nanofibras poliméricas cargadas eléctricamente se utiliza un proceso llamado electrohilado, donde un polímero fundido de alta viscosidad se expulsa por pequeños orificios que están cargados positivamente, hacía una placa plana o un tambor colocado a distancia que se carga negativamente. A medida que el polímero fundido es expulsado del orificio del emisor, es atraído hacia el colector y se enfría a lo largo del camino entre ambos puntos, lo que da como resultado nanofibras poliméricas que están eléctricamente cargadas. Hay muchos videos de YouTube que demuestran el proceso de electrohilado en entornos industriales y de laboratorio.

Un tejido como algodón de azúcar

Pero Mahesh Bandi, investigador de la Unidad de Física No Lineal de la Universidad de Okinawa en Japón, ha encontrado una manera de producir fibras electrohiladas que es menos costosa y más rápida que los enfoques industriales convencionales. Y lo más importante, basándose en el principio de funcionamiento que sigue una máquina de algodón de azúcar, también conocido como método de centrifugado por chorro rotatorio.

Para fabricar el algodón de azúcar se utiliza una máquina muy simple que consta de un recipiente circular y de un pequeño núcleo que gira por el efecto de un motor. En este núcleo hay un pequeño cuenco con una gran cantidad de diminutos agujeros y con una fuente de calor bajo él. Por efecto del calor, el azúcar pierde su estructura cristalina para hacerse amorfa.

Después, gracias a la fuerza centrífuga, el azúcar líquido se filtra por los pequeños agujeros y cuando entra en contacto con el aire se solidifica, provocando que se formen unos hilos muy finos que nos recuerdan al algodón. A esos hilos se pueden enrollar más fibras de azúcar, hasta formar una nube algodonosa que se vuelve pegajosa con la humedad.

En el estudio publicado en la revista ‘Proceedings of the Royal Society A: Mathematical and Physical Sciences’, el Dr. Bandi describe cómo se pueden reutilizar estas máquinas de algodón de azúcar de una manera muy simple para producir este tipo de fibras, lo que permite construir un sistema de fabricación a partir de piezas comunes o emplear una máquina de algodón de azúcar comercial con modificaciones mínimas.

Su técnica consiste en calentar plásticos ordinarios, como el polipropileno o poliestireno presentes en las botellas o bolsas de la compra, y luego colocarlos en una máquina de algodón de azúcar que hace girar el plástico para convertirlo en un material similar al algodón, que también resulta electrocargado por el proceso de hilado. Luego se corta el material resultante en pequeños paños y se refuerza su carga electrostática colocándolos cerca de la ventilación de un ionizador de aire común.

«Cada ciclo de fabricación utilizó 12 gramos de polímero como entrada, y las fibras resultantes estuvieron disponibles en menos de un minuto», afirma el estudio.

Fabricando una mascarilla para combatir el coronavirus

Estos tejidos cargados se integraron posteriormente en las mascarillas de dos maneras. En la primera se pegaron dentro de una mascarilla quirúrgica normal, algo que mejoró la filtración pero dejó demasiadas vías abiertas por las que podía pasar el virus.

Fue entonces cuando el Dr. Bandi diseñó su propia máscara para garantizar un ajuste facial perfecto y permitir una simple inserción y extracción de los filtros, ya que cada mascarilla requiere tres. Para ello utilizó una impresora 3D para crear el producto final.

Las pruebas rigurosas que realizaron con estas mascarillas (que incluyeron inspecciones microscópicas y comparaciones con mascarillas N95 comerciales) mostraron que los filtros fabricados de esta forma son tan efectivos para prevenir la inhalación de virus SARS-CoV-2 como las mascarillas estándar tipo N95.

Por el momento el Dr. Bandi no ha anunciado planes para la fabricación de este tipo de filtros de manera industrial, pero esto no significa que otras partes interesadas no puedan asumir el desafío. Las mascarillas se han convertido en un pilar fundamental de las interacciones sociales en el presente. Y aunque nos pese, lo serán en el futuro. La fabricación local descentralizada de mascarillas con alta eficiencia de filtración a partir de materiales comúnmente disponibles y con diseños simples podría aliviar las interrupciones de la cadena de suministro global durante los momentos críticos de una crisis sanitaria, como hemos visto durante la pandemia de COVID-19.

En la actualidad, muchos países exigen a sus ciudadanos que usen mascarillas cuando estén en público. Sin embargo, los modelos con mayor protección siguen siendo prohibitivos para gran parte de la población por su precio y disponibilidad, lo que requiere que mucha gente tenga que usar mascarillas de tela caseras. Así que no es tan descabellado pensar en un renacimiento de las máquinas de algodón de azúcar más allá de ferias y diversiones infantiles, para que cualquiera con nociones de costura pueda elaborar mascarillas tan efectivas como las N95 y así prevenir el contagio del coronavirus de una manera sencilla y sostenible.

——

 

Compartir en: