Gli scienziati dei materiali della Nanyang Technological University di Singapore (NTU) hanno sviluppato una “mascherina nanotecnologica” riutilizzabile in grado di filtrare il 99,9% di batteri, virus e particolato (PM), oltre a uccidere i batteri. Il suo nuovo rivestimento antimicrobico uccide i batteri entro 45 secondi ed è efficace per almeno 144 ore (sei giorni). La sua efficienza di filtrazione supera quella delle mascherine N95 (filtrazione del 95% di PM0.3) e può essere lavata e riutilizzata più di 10 volte.
Singapore a metà maggio ha inasprito le sue misure coronavirus Covid-19 poiché il paese stava affrontando un aumento del numero di infezioni, alla popolazione è stato consigliato di utilizzare mascherine con elevata capacità di filtrazione per aiutare a frenare la diffusione del coronavirus Covid-19.
La mascherina realizzata dagli scienziati della NTU comprende due componenti chiavi: un rivestimento antimicrobico realizzato con nanoparticelle di rame sviluppato e brevettato dal professor Lam Yeng Ming, rivestito su una mascherina in tessuto creata dal professore associato Liu Zheng, che ha una proprietà dielettrica unica che attrae tutte le nanoparticelle e germi.
Il professor Lam Yeng Ming, che è anche presidente della School of Materials Science and Engineering della NTU, ha affermato che il loro prototipo di mascherina combina in un unico filtro le due proprietà più desiderate necessarie per combattere il coronavirus Covid-19. Ha detto:
«Negli esperimenti, il nostro rivestimento di nanoparticelle di rame ha un’attività antibatterica estremamente rapida e sostenuta, con un’efficienza di uccisione fino al 99,9% quando incontra batteri resistenti a più farmaci. Il rivestimento aiuterà a ridurre la diffusione dei batteri poiché uccide i microbi in goccioline intrappolate dalle fibre della mascherina, forniscono un’eccellente efficienza di filtrazione. Ciò dovrebbe offrire agli utenti un doppio strato di protezione rispetto alle mascherine chirurgiche convenzionali».
Esperimenti sull’efficacia antibatterica della mascherina sono stati condotti in collaborazione con scienziati della National University of Singapore (NUS). Hanno simulato condizioni di vita reale introducendo batteri resistenti a più farmaci sotto forma di goccioline sulle superfici del tessuto e hanno osservato che quasi tutti i batteri erano morti entro 45 secondi.
Il motivo dell’efficacia del rivestimento antimicrobico era duplice: il primo è la dimensione estremamente ridotta delle nanoparticelle, che sono circa 1.000 volte più piccole della larghezza di un capello umano. Complessivamente, milioni di nanoparticelle forniscono un’enorme superficie per il contatto di virus e batteri, rispetto alle particelle più grandi.
Il secondo è l’alto livello di danno ossidativo causato dal materiale di ossido di rame. L’ossido di rame induce la generazione di specie reattive dell’ossigeno, con conseguente danno al DNA di importanti strutture cellulari nei batteri, come la membrana cellulare, danneggiandola gravemente e causando la morte dei batteri. La soluzione di nanoparticelle antimicrobiche per facilitare l’applicazione è progettata per essere verniciata a spruzzo su tutte le superfici morbide e dure.
Vari studi sottoposti a revisione paritaria hanno dimostrato che l’ossido di rame è efficace nell’uccidere i virus e batteri, come evidenziato nel recente studio pubblicato su ACS Applied Materials & Interfaces dell’Università di Hong Kong e della Virginia Tech, in cui le maniglie delle porte erano rivestite con uno strato di materiale di ossido di rame.
Il team della NTU ha testato il loro rivestimento di nanoparticelle in condizioni difficili per 120 cicli di lavaggio (in presenza di sapone o dei suoi componenti attivi a 45° C), ha scoperto che non c’era quasi nessuna perdita di rame, con un rischio minimo di tossicità per l’uomo. Le nanoparticelle sono anche legate alle fibre all’interno della mascherina, quindi non c’è contatto con la pelle umana quando è indossata.
Superiori capacità di intrappolamento della mascherina
Uccidere virus e batteri funzionerebbe solo se la mascherina è in grado di intrappolarli e impedirne il passaggio. È qui che l’invenzione di Liu Zheng è tornata utile. L’anno scorso, il suo team ha sviluppato un modo per integrare i materiali dielettrici nelle fibre di plastica durante il processo di produzione di un filtro in tessuto non tessuto in polipropilene (PP), comunemente usato nelle mascherine chirurgiche usa e getta utilizzate dagli ospedali, questo è stato fatto in collaborazione con il Guan Li della Renmin University of China.
I materiali dielettrici hanno eccellenti capacità elettrostatiche, che possono attrarre e legarsi a particelle che possiedono una carica negativa o positiva, in modo simile a come i magneti attraggono le particelle metalliche.
La mascherina realizzata con fibre con un diametro da 200 a 300 nanometri, ha una superficie maggiore che riduce la resistenza respiratoria, rendendo più facile la respirazione di chi la indossa rispetto ai tradizionali respiratori N95, che sono più densi.
Il tessuto composito dielettrico di nuova generazione, nei test aveva un’efficienza di filtrazione del 50% superiore rispetto alle mascherine in PP puro, che sono comunemente valutate al 95% di BFE (Bacterial Filtration Efficiency).
Liu Zheng ha dichiarato:
«Con il nostro nuovo filtro composito, possiamo raggiungere fino al 99,9% di BFE, intrappolando quasi tutti i microbi e il particolato. La sua efficienza di filtrazione supera una mascherina N95 ma consente a chi lo indossa di respirare molto più facilmente; ancora più importante, può essere facilmente prodotto in serie utilizzando l’attuale processo di produzione. È anche lavabile per più di 10 volte prima di perdere l’efficienza di filtrazione, rendendolo più sostenibile delle attuali mascherine monouso».
La mascherina negli esperimenti è stata in grado di attirare e intrappolare un’ampia gamma di particolato: da PM10 (dimensione media delle particelle di 10 micron) a PM0,3 (0,3 micron, circa lo 0,3 percento del diametro di un capello umano) con un’efficienza di filtrazione del 99,9 per cento.
Il rivestimento antimicrobico ha un brevetto depositato attraverso la società di impresa e innovazione di NTU, NTUitive, il team di Lam Yeng Ming, sta già lavorando con un’azienda locale per rivestirlo sui propri prodotti.
Il materiale in tessuto composito dielettrico di Liu Zheng è ora utilizzato da un produttore estero per realizzare mascherine N95 facili per respirare come le mascherine chirurgiche monouso e disponibili in commercio.
Il team di ricercatori sta ora cercando di lavorare con partner industriali locali desiderosi di concedere in licenza e aumentare la produzione della loro mascherina 2 in 1 e stanno attualmente preparando articoli scientifici da inviare a riviste scientifiche.
Gli scienziati della NTU hanno lavorato allo sviluppo di soluzioni nella lotta globale contro il coronavirus Covid-19, includono innovazioni come robot di disinfezione autonoma, kit di test rapidi coronavirus Covid-19 e un dispositivo etilometro, una mascherina intelligente, rivestimenti antimicrobici, nonché ricerche fondamentali sul coronavirus per trovare nuovi bersagli farmacologici per il trattamento e lo sviluppo di vaccini.
L’assistenza sanitaria è una delle grandi sfide dell’umanità che NTU cerca di affrontare nell’ambito del piano strategico NTU 2025.
