Las innovaciones para mejorar la eficacia de las mascarillas, centradas cada vez más en la fabricación de nanofibras, han dado lugar a una mayor eficacia de filtración, una mayor comodidad y una capacidad respiratoria más fácil, pero los efectos de las microgotas de agua sobre la integridad de las nanofibras son relativamente poco claros.
Una nueva investigación ha comprobado que las mascarillas de nanofibras mejoran la eficacia de la filtración pero hay que sustituirlas más a menudo.
Según publican en la revista ‘Physics of Fluids’, los investigadores investigadores de la Southern University of Science and Technology de Shenzhen (China) examinan estas ambigüedades mediante una visualización de las nanofibras que interactúan con la exposición a los aerosoles de agua. Utilizaron videos microscópicos de alta velocidad para visualizar sistemáticamente la evolución de nanofibras con diferentes ángulos de contacto, diámetros y tamaños de malla bajo la exposición al aerosol de agua.
Evolución de las nanofibras
«Cuando el COVID-19 llegó por primera vez, las mascarillas escaseaban por todas partes y la gente ideaba todo tipo de formas de «rejuvenecer» las mascarillas usadas –explica el coautor Boyang Yu–. Nuestra intuición nos dijo que esto no puede ser correcto. Tenemos que investigar y ver qué pasó exactamente con las nanofibras».
Yu y sus colegas utilizaron videos microscópicos de alta velocidad para visualizar sistemáticamente la evolución de las nanofibras hechas de polímeros con diferentes ángulos de contacto, diámetros y tamaños de malla bajo la exposición al aerosol del agua.
«Filmar nanofibras es como hacer retratos de bebés –explica Yu–. No les gusta quedarse en su sitio para la cámara. Esto se debe a que las nanofibras son muy blandas y endebles, especialmente con el flujo de aerosol que las atraviesa. Pero con bastante cuidado, paciencia y suerte, al final conseguimos buenas tomas para nuestro análisis».
- Las imágenes producidas revelan que las nanofibras se fusionan de forma irreversible durante la «etapa de captura de gotas», así como en la posterior etapa de evaporación del líquido, lo que reduce significativamente la longitud efectiva de la fibra para capturar aerosoles.
- Demuestran que las fibras hidrofóbicas y tejidas ortogonalmente pueden reducir las fuerzas capilares y disminuir la tasa de coalescencia de las fibras.
Conclusiones
«Confirmamos tres cosas –destaca el coautor Weiwei Deng–. Una, las nanofibras son magníficas para capturar las gotas del aerosol. Dos, las nanofibras se unen después de capturar el aerosol. Y tres, esta unión es estrecha e irreversible, incluso después de que las gotas capturadas se evaporen».
«Las fibras mojadas tienden a unirse entre sí del mismo modo que los cabellos mojados tienden a agruparse –añade–. Se debe a la fuerza capilar, que se vuelve dominante a medida que la escala de tamaño se reduce, y es extremadamente fuerte para las nanofibras».
Se espera que los resultados del estudio ayuden a mejorar el diseño, la fabricación y el uso de las mascarillas hechas con nanofibras. Proporcionan una prueba visual directa de la necesidad de sustituir las mascarillas con frecuencia, especialmente en entornos fríos.
«Se acerca el invierno –recuerda Deng–. Cuando hace frío en el exterior, la respiración contiene más gotas que pueden hacer que la malla de nanofibras se colapse más rápidamente».