Impacto de los parámetros de lavado en la eficiencia de la filtración bacteriana y la transpirabilidad de las mascarillas comunitarias y médicas

Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 15853 (2022) Citar este artículo

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¿Se pueden reemplazar las mascarillas médicas por mascarillas comunitarias reutilizables con un rendimiento similar? Se evaluó la influencia del número de ciclos de lavado, la temperatura de lavado y el uso de detergente en el desempeño de una mascarilla médica (MFM) y diez mascarillas comunitarias (CFM). El desempeño de las máscaras nuevas y lavadas se caracterizó a partir de la eficiencia de filtración bacteriana (BFE) y la presión diferencial (DP). Las pruebas en las nuevas máscaras mostraron que el MFM siempre tuvo mejor BFE que los CFM. Aunque dos de los CFM mostraron un valor de BFE superior al 95 %, solo uno puede clasificarse como MFM de tipo I según los requisitos de BFE y DP. Se investigó la influencia de los parámetros de lavado en el MFM y estos dos CMF con excelentes propiedades BFE. Los parámetros no tuvieron efecto sobre el BFE de los CFM, mientras que el MFM exhibió una pérdida de eficiencia cuando se lavó con detergente. El DP de las máscaras no se vio afectado por el lavado. Los resultados muestran claramente que, aunque se debe hacer un compromiso entre el BFE y la transpirabilidad, parece posible fabricar CFM con prestaciones similares a las de un MFM de tipo I, sin cumplir los requisitos de tipo II.

Las gotas y los aerosoles respiratorios pueden generarse por diversas actividades espiratorias como toser, estornudar y hablar. Al igual que el SARS-CoV-2, otros virus respiratorios circulan por transmisión aérea a través de gotitas y aerosoles que contienen partículas virales1. Durante la propagación del SARS-CoV-2, que causó la pandemia de COVID-19 en 2020, las máscaras faciales se aceptaron ampliamente como un medio para reducir la contaminación en ambientes interiores2. Se ha demostrado que el uso de mascarillas ayuda a reducir la propagación del virus, ya que las mascarillas se utilizan principalmente con la intención de evitar que el usuario infectado transmita el virus a otras personas (control de origen)3,4. Sin embargo, las máscaras también podrían proteger a los usuarios de contraer COVID-19. De hecho, algunos estudios demostraron que las máscaras podrían ofrecer protección al usuario sano contra la infección (protección)5,6. Las mascarillas se pueden distinguir en respiradores, mascarillas médicas y no médicas7. Antes de la pandemia de Covid-19, las mascarillas médicas generalmente se recomendaban en los servicios de atención para el personal médico. Sin embargo, en respuesta a la pandemia, los gobiernos ordenaron el uso de mascarillas en lugares públicos, lo que condujo al rápido aumento de la demanda de mascarillas médicas y, en consecuencia, creó tensión en su suministro. Por lo tanto, las máscaras faciales comunitarias o máscaras de tela se introdujeron en un intento por abordar la escasez mundial de máscaras faciales médicas8,9,10 y se están utilizando en forma paralela a las máscaras faciales médicas.

Además de la escasez, estas mascarillas médicas de un solo uso son una gran fuente de desechos y contribuyen al problema ya existente de contaminación por microplásticos en entornos marinos y terrestres11,12,13. En consecuencia, la reutilización de las mascarillas se convierte en un tema de creciente interés. Por lo tanto, las mascarillas comunitarias se consideran una opción más respetuosa con el medio ambiente que las mascarillas médicas desechables de un solo uso, ya que se pueden reutilizar varias veces mediante el lavado14,15. Aunque inicialmente se diseñó como un solo uso, estudiar la viabilidad de la reutilización de las mascarillas médicas también parece interesante por razones ambientales y de suministro. Algunos estudios han demostrado que las mascarillas médicas pueden reutilizarse después de 10 ciclos de lavado16,17.

Aunque la protección de las mascarillas comunitarias frente a partículas pequeñas es muy variable y, por lo general, menor que la de las mascarillas médicas18,19, se sigue recomendando su uso para proteger a otras personas de la transmisión del virus SARS-CoV-220. En este estudio, buscamos determinar si algunas mascarillas faciales comunitarias disponibles en el mercado tienen un rendimiento que se acerque al de una mascarilla facial médica estándar. Además de esto, también buscamos evaluar la influencia de tres parámetros de lavado en el desempeño de las mascarillas comunitarias, y luego comparar su desempeño con el de una mascarilla médica, nueva o lavada en las mismas condiciones. Los parámetros estudiados incluyen, el número de ciclos de lavado, la temperatura del agua y el posible uso de detergente durante los ciclos de lavado.

Las mascarillas médicas están sujetas a requisitos específicos establecidos por las normas. En Europa, los requisitos de rendimiento se describen en la norma EN 14683:201921 en términos de Eficiencia de Filtración Bacteriana (BFE) mínima, valores máximos de Presión Diferencial (DP), carga biológica máxima y requisitos de resistencia a salpicaduras. En este trabajo tanto la mascarilla médica como la comunitaria están sujetas a la norma EN 14683:2019, y nos centramos únicamente en dos parámetros: el BFE (que indica la capacidad de filtración del material de la mascarilla) y el DP (que indica la transpirabilidad de la mascarilla). material de las máscaras). En este sentido, nuestro estudio se diferencia de artículos ya publicados sobre temas relacionados porque, aunque ya se ha publicado la reutilización de mascarillas médicas y comunitarias tras diferentes procesos de lavado o descontaminación, la cantidad de artículos que utilizan la eficiencia de filtración bacteriana en lugar de una medida de eficiencia realizada con materiales no biológicos es aún muy baja. Además, una gran originalidad es, por tanto, utilizar un bioaerosol para medir la eficacia de filtración de las mascarillas comunitarias después del lavado según el estándar exigido a las mascarillas médicas para poder comparar su rendimiento en términos de filtración (medida BFE) y transpirabilidad. (medida de DP).

En este estudio se compraron y evaluaron inicialmente diez mascarillas faciales comunitarias de diferentes fabricantes franceses. La mascarilla médica que se utilizó en este estudio es una mascarilla médica de tipo IIR certificada según la norma europea EN 14683: AC 2019. Las referencias de las mascarillas se proporcionan en la Tabla complementaria S1. Las mediciones se realizaron en cinco muestras de cada tipo de mascarilla.

La evaluación de la BFE se realizó de acuerdo con la norma EN 14683:2019 para el desempeño de máscaras médicas y utilizando un procedimiento publicado22. Se genera una corriente de aerosol que contiene una carga conocida de Staphylococcus aureus ATCC 29213 usando un nebulizador de malla E-flow (Pari GmbH, Starnberg, Alemania). Los recuentos se expresan en Unidades Formadoras de Colonias (UFC). El medio de cultivo se diluye para obtener una concentración de aproximadamente 5 × 105 CFU mL−1 para las pruebas. El número promedio de CFU se mantuvo en promedio entre 1,7 × 103 CFU y 3,0 × 103 CFU, mientras que el tamaño medio de partícula (MPS) se mantuvo en 3,0 ± 0,3 μm. según lo exige la norma EN 14683:2019. El MPS se calculó como:

donde \(P_{i}\) es el 50 % de los diámetros de corte efectivos de cada una de las seis etapas del impactador (que van de 0,65 a 7 µm) y \(C_{i}\) es el número de UFC crecido en la i-ésima etapa cuando no hay máscara (ejecución positiva) presente en el sistema.

Luego, el aerosol generado se extrae a través de la cámara de aerosol (cilindro de vidrio con un diámetro de 60 mm y una longitud de 600 mm) a un flujo constante de 28,3 L min−1 mediante una bomba de vacío. Las muestras de máscara se sujetan entre la cámara de aerosol y un impactador en cascada Andersen de seis etapas. Cada una de las seis etapas consta de 400 orificios y una placa de Petri de plástico de 90 mm, que contiene un medio de cultivo de agar, que se utilizan como placas de impactación. Dependiendo de los diámetros de los orificios, las gotas de un tamaño de clase determinado impactan en la placa de Petri y desencadenan la formación de una colonia de bacterias. Los diámetros de corte efectivos del 50 % (es decir, los diámetros de partículas correspondientes a una eficiencia de muestreo del 50 %) para cada una de las seis etapas cuando se opera a 28,3 L min−1 oscilan entre 7 μm (etapa 1), 4,7 μm, 3,3 μm , 2,1 μm, 1,1 μm a 0,65 μm (etapa 6).

Cada muestra medía al menos 100 mm × 100 mm y, por lo tanto, el área de prueba era de al menos 49 cm2, como exige la norma EN 14683:2019. Las pruebas se realizaron poniendo en contacto el interior de la mascarilla con la bacteria aerosolizada. Cada muestra se acondicionó a 21 ± 5 °C y 85 ± 5 % de humedad relativa durante al menos 4 h para alcanzar el equilibrio atmosférico antes de la prueba. Para evaluar el BFE de una máscara, se debe realizar una serie de ocho mediciones sucesivas. Primero, se realiza una serie de control positivo sin una máscara colocada entre el impactador en cascada y la cámara de aerosol. A continuación, se realizan cinco experimentos en muestras de prueba, cambiando la máscara para cada experimento. Luego se realiza un segundo experimento de control positivo. Finalmente, este ciclo de ocho experimentos consecutivos finaliza con una corrida de control negativo en la que se pasa aire, sin agregar bacterias, a través del impactador en cascada durante 2 min (esto sirve como control de contaminación para verificar que las bacterias depositadas durante la corrida positiva y las muestras de prueba provenían únicamente de la fuente de bioaerosol).

El BFE se calcula como:

donde C es la media de las dos corridas positivas del total de CFU de los seis recuentos en placa, y T es el total de CFU de los seis recuentos en placa para cada muestra de prueba.

Las cajas de Petri se incubaron a 37 ± 2 °C durante 22 ± 2 h. Las UFC se contaron con un contador automático de colonias Scan 4000 (Interscience).

Los requisitos de BFE para las diferentes categorías de mascarillas médicas según EN 14683:2019 se indican en la Tabla 1.

La prueba de resistencia a la respiración se realizó de acuerdo con el procedimiento estándar EN 14683:2019 y la configuración experimental se presenta en la Fig. 1. La máscara se colocó entre dos portamuestras con una sección transversal circular de 4,9 cm2 y aire. pasó a través de la máscara a un caudal de aire fijo de 8 L min-1. La resistencia a la respiración se calculó midiendo la caída de presión diferencial a través del material de la máscara. La presión diferencial (DP) se expresó en Pa cm−2. Los requisitos de DP para las diferentes categorías de mascarillas médicas según EN 14683:2019 se indican en la Tabla 1. BFE y DP proporcionan información valiosa para evaluar las medidas individuales de la eficacia de las mascarillas. Sin embargo, la dependencia de BFE y DP proporciona un factor de calidad de filtración integral (factor Q en Pa−1) y permite una comparación más sólida entre los medios de filtración utilizando la siguiente ecuación:

Configuración experimental para la evaluación del DP conforme al método de prueba estándar EN14683:2019.

Los análisis de microscopía se realizaron utilizando un microscopio Leica DM LB con un modelo de lente C Plan. Las imágenes se tomaron con una Bresser MikroCam SP 5.0 con un aumento de 4x. Se realizó microscopía electrónica de barrido (SEM) en las superficies de las máscaras utilizando un JEOL JSM-6500F. Las muestras se montaron sobre un soporte de latón con cinta de carbono de doble cara y se recubrieron con 14 nm de oro (Quorom Q 150R ES). Las imágenes se tomaron con un voltaje de aceleración del haz de 5 keV.

El lavado se realizó con una lavadora doméstica (Candy Smart CSWS 4852DWE). Después de un aclarado y centrifugado (400 rpm), las mascarillas se secaron al aire libre. Las máscaras se lavaron 10, 30 y 50 veces para evaluar la influencia de los ciclos de lavado. También se lavaron a 30 °C y 60 °C para investigar la influencia de la temperatura del agua y, finalmente, se utilizó un detergente de lavandería comercial común (X-Tra Total 3 + 1 Trio-Caps, Henkel Ltd) para determinar la influencia de agregar un detergente.

Los resultados del BFE y el DP de las diez mascarillas comunitarias y la mascarilla médica cuando no se usan se presentan en la Fig. 2a, b y en la Tabla complementaria S2 (incluidos los valores del factor Q). De acuerdo con el procedimiento estándar EN 14683:2019, solo se evaluó el material que constituye las máscaras y las fugas no se consideran en este estudio. Las líneas discontinuas horizontales representan el requisito de rendimiento EN 14683:2019; para tipo IIR (≥ 98 % de eficiencia de recolección y ≤ 60 Pa cm−2 de presión diferencial), tipo II (≥ 98 % de eficiencia de recolección y ≤ 40 Pa cm−2 de presión diferencial) y tipo I (≥ 95 % de eficiencia de recolección y ≤ 40 presión diferencial Pa cm−2).

(a) Eficiencia de filtración bacteriana (%) y (b) Presión diferencial (Pa cm−2) para las máscaras faciales médicas y las máscaras faciales comunitarias, (valores promedio (N = 5) ± desviación estándar). CFM corresponde a Community Face Masks, 2L corresponde a 2 capas y 3L a 3 capas.

Los resultados mostraron que todas las máscaras cumplían con el requisito de transpirabilidad para las diversas categorías de máscaras faciales médicas (tipo I, tipo II y tipo IIR), excepto una máscara facial comunitaria (es decir, CFM-B-3L) que no cumplía con una máscara tipo I o tipo II pero en el límite de cumplimiento de una máscara tipo IIR. La mascarilla médica tenía la mayor eficiencia de filtración del 99 % y cumplía con el estándar de mascarilla médica tipo II. Hubo una variabilidad en la eficiencia de filtración de las máscaras faciales comunitarias con un BFE que osciló entre 73 y 97 %. Solo 2 mascarillas comunitarias (es decir, CFM-A-2L y CFM-B-3L) tenían una BFE superior al 95 %, el requisito de BFE para mascarilla médica tipo I. Pero considerando todo, solo un CFM (es decir, CFM-A-2L) cumple con un requisito de mascarilla médica tipo I, porque la transpirabilidad de CFM-B-3L está muy por encima del límite de DP de 40 Pa cm−2. Finalmente, el MFM muestra un factor Q en 60,1 kPa−1 y los CFM en el rango de 12,1–28,4 kPa−1 (consulte la Tabla S2). Este resultado muestra claramente que se debe encontrar un compromiso entre el BFE y la transpirabilidad para fabricar Mascarillas comunitarias con excelentes propiedades. En otras palabras, el desafío técnico clave para los fabricantes es obtener máscaras faciales comunitarias con una alta eficiencia de filtración pero sin sacrificar su transpirabilidad.

La filtración de gotitas de aerosol con mascarilla facial se rige por varios mecanismos: impactación, interceptación, difusión y atracción electrostática9,23. La contribución de cada mecanismo a la eficiencia de filtración de una máscara facial depende de los materiales utilizados (diferencias estructurales porosas), el tamaño de las gotas de aerosol y las condiciones de funcionamiento (temperatura, humedad y velocidad de filtración del aire). Para gotas de aerosol > 1 µm, los mecanismos de impacto e intercepción son más importantes. Para partículas pequeñas < 0,1 µm, la difusión por movimiento browniano es el mecanismo dominante. Cuando el material de la máscara está cargado, las fuerzas electrostáticas contribuyen a la captura de partículas, especialmente para partículas en el rango de tamaño de partícula más penetrante (MPPS) de 0,1 a 0,5 µm (zona MPPS)24 donde no predomina ningún mecanismo. Para el tamaño de partícula promedio de 3 µm requerido para el BFE, la impactación y la intercepción son los mecanismos más dominantes.

El rendimiento de las mascarillas comunitarias está influenciado por las características de la tela, pero las características más influyentes actualmente no están claras25. Las características de la superficie del material utilizado, como la distribución del tamaño de los poros (en el rango de 113 a 981 µm para CFM) o el diámetro de la fibra (en el rango de 12 a 18 µm para CFM) son parámetros importantes que pueden influir en el rendimiento de las máscaras26 . Los resultados de la distribución del tamaño de poro en CFM y MFM proporcionados en la Tabla complementaria S3 muestran perfectamente que, aunque una tendencia general obvia parece indicar que cuanto mayor es el tamaño de poro, menor es la eficiencia de filtración, es difícil hacer una correlación sólida de la eficiencia de filtración solo de estos parámetros estructurales de las máscaras—, además, cuando se trata de eficiencia, no es solo el tamaño de los poros los que se encargan de capturar los aerosoles, el diámetro de la fibra también es importante, especialmente para máscaras hechas de tela no tejida , como es el caso de MFM. Dependiendo del tamaño y número de poros de las mascarillas fabricadas con tejidos trenzados, el flujo de aire puede aumentar o disminuir al pasar por estos poros, aumentando o no la velocidad del flujo.

Las imágenes microscópicas representativas de las máscaras faciales comunitarias y la máscara facial médica se muestran en la Fig. 3. Para abreviar, solo se representan 3 de las 10 máscaras faciales comunitarias. Los materiales de filtro fibroso generalmente se componen de fibras dispuestas de varias maneras. En el caso de los materiales no tejidos, las fibras se orientan aleatoriamente, mientras que los materiales tejidos y de punto contienen hilos (haces de fibras) que se entrelazan entre sí27. Los poros se forman en los intersticios del hilo para las telas tejidas y de punto, mientras que están formados por pequeños espacios entre las fibras individuales en los filtros no tejidos27. Los espacios entre hilos se consideraron como los poros de las máscaras faciales comunitarias. Aunque la forma y el tamaño de los poros en las máscaras faciales comunitarias no eran uniformes, intentamos extraer información cuantitativa sobre el tamaño de los poros entre hilos midiendo la dimensión más larga de cada poro entre hilos utilizando el software ImageJ. Las mediciones proporcionaron una estimación del tamaño de un poro entre hilos en cada máscara facial comunitaria: alrededor de 150 μm, 330 μm y 900 μm para CFM-A-2L, CFM-E-3L y CFM-J-3L respectivamente (Fig. .3 y Tabla Suplementaria S3). Esto probablemente podría explicar por qué CFM-A-2L tuvo la eficiencia de filtración más alta mientras que CFM-J-3L tuvo la más baja. Las mascarillas médicas suelen estar compuestas por 3 capas de fibras de polipropileno no tejidas (capas hiladas, fundidas por soplado y hiladas). Se estima que el tamaño de poro de la capa fundida por soplado de la mascarilla médica es de alrededor de 20 μm28,29. El pequeño tamaño de poro de la capa fundida por soplado en comparación con las diferentes máscaras faciales comunitarias posiblemente podría explicar su mayor eficiencia de filtración.

Imágenes de microscopía óptica de la estructura microscópica de 3 mascarillas comunitarias y la mascarilla médica. (4 aumentos y la barra de escala roja corresponde a 100 μm). Las imágenes de microscopía óptica de todos los CFM se proporcionan en la Fig. S1 complementaria.

En el caso de los CFM investigados en este estudio, el número de capas de la máscara no fue el parámetro más influyente. CFM-J-3L, que es una máscara de 3 capas, tuvo el BFE más bajo, mientras que CFM-A-2L, una máscara de 2 capas, tuvo el BFE más alto. En este caso, parece que la superposición de telas con un tamaño de poro muy alto no mejora necesariamente el BFE o el DP.

Según los resultados (Fig. 2), se pueden identificar 4 categorías de mascarillas:

En primer lugar, la mascarilla facial médica que tiene una BFE excelente (> 98 % (tipo II)) y una DP baja (≤ 40 Pa cm−2) cumple con los requisitos de mascarilla facial médica tipo II.

La CFM-A-2L, que tiene una buena BFE (> 95 % (tipo I)) y baja DP (< 40 Pa cm−2), que se puede clasificar como una mascarilla facial médica de tipo I.

La CFM-B-3L, que tiene un buen BFE (> 95 % (tipo I)) pero un DP demasiado alto (≈60 Pa cm−2), que no puede clasificarse como una mascarilla facial médica de tipo I ya que esta buena filtración la eficiencia se obtuvo a expensas de las malas propiedades de transpirabilidad.

Y por último, las otras 8 mascarillas comunitarias que tenían BFE inadecuado según los requisitos de mascarillas médicas (70% < BFE < 95%) con DP correcta (< 40 Pa cm−2).

Para ser eficaz, una mascarilla debe filtrar las partículas y permitir que la persona respire con facilidad. La producción de máscaras faciales comunitarias generalmente implica un compromiso entre BFE y DP y, en algunos casos, tener un BFE alto tiene el costo de tener un DP alto que conduce a una baja transpirabilidad como se ve para CFM-B-3L. De acuerdo con los resultados de las mascarillas comunitarias, demostramos que es posible tener mascarillas comunitarias que funcionen de manera similar a una mascarilla médica. De hecho, de nuestro panel de 10 mascarillas faciales comunitarias, solo 1 cumplió con los requisitos de BFE y DP de una mascarilla médica tipo I, pero no pudo cumplir con los requisitos de tipo II como las mascarillas médicas elegidas en este estudio. Las mascarillas comunitarias están hechas para ser lavadas y como esto puede alterar los desempeños, la siguiente parte del estudio busca evaluar la influencia de los parámetros de lavado. Solo se eligieron las mascarillas comunitarias que respetaban el requisito de BFE para un tipo I (CFM-A-2L, CFM-B-3L) y se compararon con la mascarilla médica.

En primer lugar, centrándonos únicamente en los parámetros exigidos por la norma EN 14683:2019 (es decir, BFE y DP), debemos subrayar que no se ha probado la propiedad de ajuste facial de las mascarillas antes y después de los lavados. Se sabe que la fuga del sello facial puede tener una influencia más fuerte en la exposición a aerosoles y bacterias de los usuarios que la eficiencia de filtración y la forma y el ajuste facial de una máscara pueden cambiar después de un lavado vigoroso y un centrifugado de la máscara. Sin embargo, nos gustaría señalar que, por naturaleza, las máscaras utilizadas en este estudio no están diseñadas para usarse "ajustadas" a diferencia de otros tipos de máscaras faciales como los respiradores FFP2 o KN95. Por lo tanto, la propiedad de ajuste facial de las mascarillas médicas no es una propiedad requerida por la normativa EN 14683:2019 (la mascarilla quirúrgica no está diseñada para quedar perfectamente ajustada). Por lo tanto, no existe un protocolo regulatorio reconocido para medir esta propiedad en máscaras quirúrgicas (a diferencia del estándar para respiradores FFP).

Para evaluar el efecto de los ciclos de lavado, las máscaras se lavaron 10, 30 y 50 veces a 60 °C con el detergente para ropa. Los resultados de BFE y DP se muestran en la Fig. 4. Del gráfico (Fig. 4b), se observa que el lavado no impactó significativamente en la presión diferencial de la mascarilla médica y las mascarillas comunitarias.

Influencia de los ciclos de lavado en: (a) Eficiencia de Filtración Bacteriana (%) y (b) Presión Diferencial (Pa cm−2) en la mascarilla médica y mascarillas comunitarias. Valores medios (N = 5) ± desviación estándar.

En cuanto a las mascarillas comunitarias, los ciclos de lavado no impactaron de manera significativa en el BFE y por lo tanto pudieron mantener su rendimiento hasta 50 lavados. Esto estaba de acuerdo con un estudio previo de Sankhyan et al.30, quienes encontraron que las máscaras faciales comunitarias se podían lavar 52 veces sin una pérdida significativa en la eficiencia de filtración de partículas. Para la mascarilla médica, el BFE disminuyó en un 1 % cuando se lavaron las mascarillas, pero su DP se mantuvo constante hasta los 50 lavados. Alcaraz et al.17 también observaron una ligera disminución en BFE de mascarillas médicas cuando se lavaban, pero concluyeron que podían lavarse hasta 10 veces sin una mayor degradación de las propiedades de filtración o transpirabilidad. El motivo de la disminución de la eficacia cuando se lava la mascarilla médica se debe a la pérdida de cargas electrostáticas que se explicarán en el apartado "Influencia del uso de detergente en el rendimiento de las mascarillas".

Las imágenes SEM de la mascarilla médica nueva y lavada (capa fundida por soplado) y las mascarillas faciales comunitarias se presentan en la Fig. 5. Las nuevas mascarillas faciales comunitarias exhibieron haces de fibras (hilos) que estaban globalmente intactos con una textura relativamente suave. Después de 10 lavados, hubo cierta liberación de fibras individuales de los haces de fibras y hubo cierta deconstrucción de las fibras individuales que aumentó ligeramente después de 50 lavados (Fig. 5a,b). Sin embargo, esto no pareció afectar el rendimiento de las máscaras, ya que, a pesar de la liberación y la deconstrucción, los haces de fibras permanecieron globalmente intactos. Para la mascarilla facial médica, muy pocas fibras fundidas por soplado exhibieron roturas (Fig. 5c).

Imágenes SEM (aumento de 200X y la barra de escala corresponde a 100 μm) de: (a) CFM-A-2L, (b) CFM-B-3L, (c) capa fundida por soplado de la mascarilla médica; para las máscaras nuevas y lavadas sujetas a un número variable de ciclos de lavado.

Se estudió el efecto de la temperatura de lavado sobre el rendimiento de las mascarillas variando la temperatura a 30 °C y 60 °C manteniendo el número de ciclos de lavado en 10 y utilizando detergente en cada lavado. Los resultados de BFE y DP para las máscaras se muestran en la Fig. 6a,b.

Influencia de la temperatura de lavado en (a) la eficiencia de filtración bacteriana (%) y (b) la presión diferencial (Pa cm−2) para la mascarilla médica y las mascarillas comunitarias Valores promedio (N = 5) ± desviación estándar.

En cuanto a las mascarillas comunitarias, la temperatura no pareció influir mucho en sus prestaciones (BFE y transpirabilidad). Las imágenes SEM (consulte la figura complementaria S2a,b) mostraron niveles similares de deconstrucción de las fibras lavadas, lo que se atribuye a que la máscara se lavó 10 veces en lugar de a la temperatura. Los haces de fibras estaban globalmente intactos en todos los casos.

Para la mascarilla facial médica, hubo una disminución en el BFE de las mascarillas lavadas en comparación con la mascarilla nueva, sin embargo, la temperatura de lavado no pareció influir en su BFE. La capa fundida por soplado de la mascarilla facial médica se carga electrostáticamente por efecto corona para aumentar la eficiencia de recolección de partículas. La estabilidad de la carga puede verse afectada por la temperatura. Liu et al.31 sometieron la capa de electreto soplado en fusión a un tratamiento térmico a varias temperaturas en varios momentos (1–24 h) y observaron que por debajo de 70 °C el efecto sobre la eficiencia de filtración era mínimo hasta las 24 h de tratamiento, pero cuando la temperatura se aumentó a 90 o 110 °C, la eficiencia de filtración disminuyó significativamente con el aumento del tiempo de tratamiento. Lo atribuyeron al hecho de que las temperaturas más altas condujeron a un mayor escape/pérdida de carga, lo que posteriormente condujo a una reducción del efecto electrostático. Las temperaturas estudiadas en este trabajo no fueron lo suficientemente altas como para afectar la estabilidad de carga de la capa de electreto y pueden explicar por qué no hubo impacto en el BFE. Las imágenes SEM (ver la figura complementaria S2c) también muestran que la temperatura no afectó la morfología de la fibra. Finalmente, la DP de la mascarilla médica tampoco se vio afectada por el cambio de temperatura.

Las mascarillas se lavaron 10 veces, a 60 °C con y sin detergente para determinar la influencia del uso de detergente en su desempeño. Los resultados de BFE y DP se muestran en la Fig. 7a,b.

Influencia del detergente en (a) la eficiencia de filtración bacteriana (%) y (b) la presión diferencial (Pa cm−2) para la mascarilla médica y las mascarillas comunitarias. Valores medios (N = 5) ± desviación estándar.

La presencia del detergente no pareció afectar significativamente el BFE y el DP de las mascarillas faciales comunitarias. El análisis SEM (consulte la figura complementaria S3a, b) también mostró que la morfología de la fibra no se vio afectada significativamente por el uso de un detergente y, una vez más, la deconstrucción de las fibras se atribuyó a la cantidad de ciclos de lavado. La morfología de la fibra de la mascarilla médica tampoco se vio afectada significativamente por el uso de un detergente, como se muestra en la Fig. S3c complementaria.

Con respecto a las mascarillas médicas, el BFE para la mascarilla lavada sin detergente fue similar al de la mascarilla nueva, pero el BFE disminuyó cuando la mascarilla se lavó con detergente. Esto muestra que la presencia del detergente es probablemente responsable de la pérdida de BFE para la mascarilla facial médica. Es probable que los agentes de lavado presentes en el detergente se adhieran a la superficie y provoquen una pérdida de cargas electrostáticas de la capa de electreto soplado en fusión32,33,34,35. Esta observación también fue destacada por Charvet et al.16 y Alcaraz et al.17. La reducción de la eficiencia se observó solo para las partículas submicrónicas (tamaño de recolección de la placa de impacto entre 1,1 y 0,65 μm) como se muestra en la Fig. 8. La impactación inercial y/o la intercepción directa son los mecanismos de captura de partículas dominantes para partículas > 1 μm, pero para partículas submicrónicas. tamaños de partículas otros mecanismos, en particular el mecanismo electrostático, juegan un papel importante.

Influencia de diferentes condiciones de lavado en la Eficiencia de filtración bacteriana espectral (%) de la mascarilla facial médica Valores promedio (N = 5) ± desviación estándar.

La pérdida de los efectos electrostáticos probablemente podría atribuirse a la presencia de tensioactivos catiónicos en los suavizantes de telas. Estos compuestos, en particular los esterquats, poseen excelentes propiedades antiestáticas y se utilizan para evitar la acumulación de cargas estáticas. Por lo tanto, los componentes del detergente ciertamente tienen una fuerte influencia en la degradación de la eficiencia de filtración. Por lo tanto, la pérdida de cargas electrostáticas provocada por el detergente tiende a reducir la eficacia de filtración de las partículas submicrónicas. Charvet et al.16 y Alcaraz et al.17 imitaron la pérdida del efecto electret descargando una mascarilla médica en isopropanol. Sus resultados mostraron que la eficiencia de filtración espectral de una máscara descargada por inmersión en isopropanol fue similar a la de una máscara lavada.

La reciente pandemia de COVID-19 ha provocado un aumento de la demanda del uso de mascarillas en todo el mundo. Debido a la escasez en las primeras etapas de la pandemia y las implicaciones ambientales del final de la vida útil de las mascarillas médicas de un solo uso, la reutilización de estas mascarillas y el uso de mascarillas comunitarias reutilizables es de interés.

Con la excepción de una mascarilla facial comunitaria (es decir, CFM-B-3L que estaba en el límite de cumplimiento de una mascarilla facial médica tipo IIR), todas las mascarillas probadas cumplían con el requisito de transpirabilidad para las categorías de tipo I y tipo II de mascarillas médicas (es decir, DP < 40 Pa cm−2). La mascarilla médica tenía el BFE más alto del 99 % y cumplía con el estándar de mascarilla médica tipo II. Por el contrario, hubo una variabilidad en el BFE de las máscaras faciales comunitarias con un BFE que osciló entre 73 y 97%. Solo 2 mascarillas comunitarias (es decir, CFM-A-2L y CFM-B-3L) tenían un BFE superior al 95 % (valor de BFE correspondiente a un requisito de mascarilla médica tipo I). La variabilidad del rendimiento de las máscaras, en particular las máscaras faciales comunitarias, se atribuyó a las características de la tela, específicamente al tamaño de los poros.

Los resultados de las mascarillas faciales comunitarias muestran claramente que, aunque se debe hacer un compromiso entre el BFE y la transpirabilidad, es posible tener mascarillas faciales comunitarias cuyos rendimientos sean similares a los de las mascarillas faciales médicas de tipo I (por ejemplo, CFM-B- 3L).

Para evaluar la influencia de los parámetros de lavado, solo se eligieron y compararon con la mascarilla médica las máscaras que respetaban el requisito BFE para una máscara facial médica de tipo I (CFM-A-2L, CFM-B-3L). Se lavaron y secaron 10, 30 y 50 veces, lavados a 60 °C y 30 °C, con y sin detergente.

Para la mascarilla médica, aunque todavía cumple con los requisitos de BFE y DP para una mascarilla de tipo II, el lavado provocó una ligera disminución de la BFE (alrededor del 1 %). Se observó que la presencia del detergente fue responsable de esta disminución y que solo impactó la eficiencia de recolección de las partículas submicrónicas debido a la pérdida de cargas electrostáticas de la capa de soplado en fusión. Lavar y reutilizar las mascarillas médicas puede ser una solución para abordar las implicaciones ambientales y de suministro de las mascarillas médicas durante situaciones de pandemia. Siempre que las mascarillas médicas se mantengan en buen estado y se puedan usar cómodamente, se pueden usar en entornos no médicos hasta 50 veces sin una pérdida significativa de su eficiencia de filtración bacteriana y transpirabilidad.

Para las mascarillas comunitarias, los diversos parámetros no influyeron en su BFE y DP. Aunque se observó una ligera liberación y deconstrucción de las fibras durante el análisis SEM, los hilos de fibra estaban globalmente intactos. Por lo tanto, los CFM se pueden lavar y reutilizar varias veces sin una pérdida significativa de rendimiento.

En conclusión, aunque la mascarilla médica tipo II fue la más eficiente, según nuestro panel de 10 mascarillas comunitarias, el 10 % tiene rendimientos (como nuevos y después del lavado) comparables a una mascarilla médica estándar tipo I.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente a pedido razonable.

Wang, CC et al. Transmisión aérea de virus respiratorios. Ciencia 373, eabd9149 (2021).

Artículo ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Feng, S. et al. Uso racional de mascarillas en la pandemia de COVID-19. Lanceta Respir. Medicina. 8, 434–436 (2020).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Centro Europeo para el Control de Enfermedades. Enfermedad por coronavirus 2019 (COVID-19) en la UE/EEE y el Reino Unido: undécima actualización: Resurgimiento de casos. (2020).

Worby, CJ & Chang, HH Uso de mascarillas en la población general y asignación óptima de recursos durante la pandemia de COVID-19. Nat. común 11, 1–9 (2020).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Liang, M. et al. Eficacia de la mascarilla facial para prevenir la transmisión de virus respiratorios: una revisión sistemática y un metanálisis. Viajes Med. Infectar. Dis. 36, 101751 (2020).

Artículo PubMed PubMed Central Google Académico

Wang, Y. et al. Reducción de la transmisión secundaria de SARS-CoV-2 en los hogares mediante el uso de mascarillas, desinfección y distanciamiento social: un estudio de cohorte en Beijing, China. Globo BMJ. Sanar. 5, 2794 (2020).

CAS Google Académico

Centro Europeo para la Prevención y el Control de Enfermedades (ECDC). Uso de mascarillas en la comunidad Reducción de la transmisión de COVID-19 de personas potencialmente asintomáticas o presintomáticas mediante el uso de mascarillas. (2020).

Bourrous, S. et al. Una evaluación del desempeño y una comparación entre laboratorios de los medios comunitarios para cubrirse la cara en el contexto de la pandemia de COVID-19. Calidad del aire del aerosol. Res. 21, 1 (2021).

Artículo Google Académico

Konda, A. et al. Eficiencia de filtración de aerosoles de telas comunes utilizadas en máscaras de tela respiratoria. ACS Nano 14, 6339–6347 (2020).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Clapp, PW et al. Evaluación de máscaras de tela y máscaras de procedimiento modificado como equipo de protección personal para el público durante la pandemia de COVID-19. Pasante JAMA. Medicina. 181, 463–469 (2021).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Benson, NU, Bassey, DE & Palanisami, T. Contaminación por COVID: Impacto de la pandemia de COVID-19 en la huella global de desechos plásticos. Heliyon 7, e06343 (2021).

Artículo PubMed PubMed Central Google Académico

Prata, JC, Silva, ALP, Walker, TR, Duarte, AC & Rocha-Santos, T. Repercusiones de la pandemia del COVID-19 en el uso y manejo de los plásticos. Reinar. ciencia Tecnología 54, 7760–7765 (2020).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Du, H., Huang, S. & Wang, J. Riesgos ambientales de los materiales poliméricos de las mascarillas desechables vinculados a la pandemia de COVID-19. ciencia Entorno Total. 815, 152980 (2022).

Artículo ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Allison, AL et al. Los peligros ambientales de emplear mascarillas faciales de un solo uso como parte de una estrategia de salida de COVID-19. Entorno abierto de la UCL. preparación https://doi.org/10.14324/111.444/000031.V1 (2020).

Artículo Google Académico

Schmutz, M. et al. Algodón y mascarillas quirúrgicas—¿Qué factores ecológicos son relevantes para su sostenibilidad?. Sostener. 12, 10245 (2020).

Artículo Google Académico

Charvet, A. et al. Impacto de los ciclos de lavado en el rendimiento de las mascarillas. J. Ciencia de aerosoles. 160, 105914 (2022).

Artículo ADS CAS Google Académico

Alcaraz, JP et al. Reutilización de mascarillas médicas en entornos domésticos y comunitarios sin sacrificar la seguridad: lecciones ecológicas y económicas de la pandemia de Covid-19. Chemosphere 288, 132364 (2022).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Wilson, AM et al. COVID-19 y uso de máscaras no tradicionales: ¿Cómo se comparan varios materiales para reducir el riesgo de infección para los usuarios de máscaras?. J.Hosp. Infectar. 105, 640–642 (2020).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Morais, FG et al. Eficiencia de filtración de un gran conjunto de máscaras faciales COVID-19 de uso común en Brasil. ciencia de aerosoles Tecnología 55, 1028–1041 (2021).

Artículo ADS MathSciNet CAS Google Scholar

Kähler, CJ & Hain, R. Mecanismos protectores fundamentales de las máscaras faciales contra las infecciones por gotas. J. Ciencia de aerosoles. 148, 105617 (2020).

Artículo ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

EN 14683+AC—Normas europeas. Mascarillas médicas: requisitos y métodos de prueba. (2019). Disponible en (consultado el 7 de abril de 2021); https://www.en-standard.eu/csn-en-14683-ac-medical-face-masks-requirements-and-test-methods/

Pourchez, J. et al. Nuevos conocimientos sobre el método estándar para evaluar la eficiencia de filtración bacteriana de las mascarillas médicas. ciencia Rep. 11, 5887 (2021).

Artículo ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Hinds, WC Aerosol Technology: Propiedades. Tecnología de aerosoles. Prop. Comportamiento medida Parte aerotransportada. (2º 504 (1999).

Wang, CS Fuerzas electrostáticas en filtros fibrosos: una revisión. Tecnología en polvo. 118, 166–170 (2001).

Artículo CAS Google Académico

Kwong, LH et al. Revisión de la transpirabilidad y la eficiencia de filtración de materiales domésticos comunes para mascarillas. ACS Nano 15, 5904–5924 (2021).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Neupane, BB, Mainali, S., Sharma, A. & Giri, B. Estudio microscópico óptico de la morfología de la superficie y la eficiencia de filtrado de las máscaras faciales. PeerJ 2019, e7142 (2019).

Artículo Google Académico

Adanur, S. & Jayswal, A. Mecanismos de filtración y métodos de fabricación de mascarillas: una descripción general. J Ind Texttiles https://doi.org/10.1177/1528083720980169 (2020).

Artículo Google Académico

Zhao, M. et al. Selección de materiales domésticos para cubiertas faciales de tela caseras y su mejora de la eficiencia de filtración con carga triboeléctrica. Nano Lett. 20, 5544–5552 (2020).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Ju, JTJ, Boisvert, LN & Zuo, YY Mascarillas contra el COVID-19: Estándares, eficacia, pruebas y métodos de descontaminación. Adv. Ciencia de la interfaz coloidal. 292, 102435 (2021).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Sankhyan, S. et al. Rendimiento de filtración de máscaras de capas y cubiertas faciales y la reutilización de máscaras de algodón después de lavados y secados repetidos. Calidad del aire del aerosol. Res. 21, 210117 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Liu, C., Dai, Z., He, B. & Ke, QF El efecto de la temperatura y la humedad en el rendimiento de filtración de telas no tejidas fundidas por soplado electret. Materiales (Basilea). 13, 1–12 (2020).

Artículo Google Académico

Viscusi, DJ, Bergman, MS, Eimer, BC y Shaffer, RE Evaluación de cinco métodos de descontaminación para máscaras de respiración con filtro. Ana. ocupar Hig. 53, 815–827 (2009).

CAS PubMed Google Académico

Chua, MH et al. Mascarillas en la nueva normalidad de COVID-19: materiales, pruebas y perspectivas. Investigación 2020, 1–40 (2020).

Artículo Google Académico

Lin, TH et al. Calidad del filtro de máscaras de electreto en el filtrado de partículas de aerosol de 14,6 a 594 nm: efectos de cinco métodos de descontaminación. PLoS ONE 12, e0186217 (2017).

Artículo PubMed PubMed Central Google Académico

Hossain, E. et al. Recarga y rejuvenecimiento de mascarillas N95 descontaminadas. física Fluidos 32, 093304 (2020).

Artículo ADS CAS Google Académico

Descargar referencias

Los autores desean agradecer al equipo técnico del Departamento de Sistemas Energéticos y Medio Ambiente (DSEE) de IMT Atlantique y al Departamento de Materiales Biológicos y Partículas Inhaladas (BioPI) de Mines Saint Etienne por toda la ayuda técnica. Agradecemos a Nicolas Curt por la fabricación de la configuración experimental de transpirabilidad. También agradecemos a Mathilde Escot por ayudar con el lavado de las máscaras.

Los autores agradecen el apoyo financiero de Saint-Etienne Métropole e IMT (Institut Mines-Télécom).

Minas de Saint-Etienne, INSERM, U 1059 Sainbiose, Centro CIS, Universidad de Lyon, Universidad Jean Monnet, 42023, Saint-Etienne, Francia

Henrietta Essie Whyte, Lara Leclerc, Gwendoline Sarry y Jérémie Pourchez

IMT Atlántico, CNRS, GEPEA, UMR 6144, 4 rue Alfred Kastler, 44307, Nantes, Francia

Henrietta Essie Whyte, Aurélie Joubert y Laurence Le Coq

CIRI (Centro Internacional de Investigación en Infectología), Equipo GIMAP, INSERM, U1111, CNRS UMR5308, ENS de Lyon, UCB Lyon 1, Universidad de Lyon, Universidad de St-Etienne, Saint-Étienne, Francia

Pablo Verhoeven

Laboratorio de Agentes Infecciosos e Higiene, Hospital Universitario de St-Etienne, Saint-Étienne, Francia

Pablo Verhoeven

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PV y JP diseñaron los experimentos de filtración bacteriana. HW realizó los experimentos y escribió el manuscrito y todos los autores contribuyeron con la revisión del manuscrito.

Correspondencia a Jérémie Pourchez.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Whyte, HE, Joubert, A., Leclerc, L. et al. Impacto de los parámetros de lavado en la eficiencia de la filtración bacteriana y la transpirabilidad de las mascarillas comunitarias y médicas. Informe científico 12, 15853 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-20354-w

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Recibido: 06 mayo 2022

Aceptado: 12 de septiembre de 2022

Publicado: 23 de septiembre de 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-20354-w

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