Cientistas de materiais da Universidade Tecnológica de Nanyang, Cingapura (NTU Cingapura) desenvolveu uma "máscara nanotecnológica" reutilizável que pode filtrar 99,9 por cento das bactérias, vírus e partículas (PM), bem como matar bactérias.

Seu novo revestimento antimicrobiano mata as bactérias em 45 segundos e é eficaz por pelo menos 144 horas (seis dias).

Sua eficiência de filtração supera a das máscaras N95 (95 por cento de filtração de PM0.3) e pode ser lavada e reutilizada mais de 10 vezes.

Em meados de maio, Cingapura reforçou suas medidas COVID-19, já que o país enfrentava um aumento no número de infecções, e a população foi aconselhada a usar máscaras faciais com alta capacidade de filtração para ajudar a conter a disseminação do coronavírus.

A máscara feita em NTU compreende dois componentes principais:um revestimento antimicrobiano feito de nanopartículas de cobre desenvolvido e patenteado pelo Professor Lam Yeng Ming, revestido em uma máscara de tecido inventada pelo Professor Associado Liu Zheng, que possui uma propriedade dielétrica única que atrai todas as nanopartículas e germes.

Prof Lam, que também é presidente da Escola de Ciência e Engenharia de Materiais da NTU, disse que seu protótipo de máscara combina as duas propriedades mais desejadas necessárias para combater COVID-19, em um único filtro.

"Em experimentos, nosso revestimento de nanopartículas de cobre tem uma atividade antibacteriana extremamente rápida e sustentada, com uma eficiência de eliminação de até 99,9 por cento quando encontra bactérias resistentes a vários medicamentos. Este revestimento ajudará a reduzir a propagação de bactérias, pois mata micróbios em gotículas presas pelas fibras da máscara, que fornecem excelente eficiência de filtração. Isso deve dar aos usuários uma camada dupla de proteção em comparação com as máscaras cirúrgicas convencionais, "explicou o Prof Lam.

Os experimentos sobre a eficácia antibacteriana da máscara foram conduzidos em colaboração com cientistas da Universidade Nacional de Cingapura (NUS). Eles simularam condições da vida real, introduzindo bactérias multirresistentes em forma de gotículas em superfícies de tecido e observaram que quase todas as bactérias estavam mortas em 45 segundos.

A razão para a eficácia do revestimento antimicrobiano foi dupla:a primeira é o tamanho extremamente pequeno das nanopartículas, que são cerca de 1, 000 vezes menor que a largura de um cabelo humano. Coletivamente, milhões de nanopartículas fornecem uma enorme área de superfície para os vírus e bactérias entrarem em contato, em comparação com partículas maiores.

O segundo é o alto nível de dano oxidativo causado pelo material de óxido de cobre. O óxido de cobre induz a geração de espécies reativas de oxigênio, resultando em danos ao DNA de estruturas celulares importantes nas bactérias, como a membrana celular, danificando-o gravemente e fazendo com que as bactérias morram.

Para facilitar a aplicação, a solução de nanopartículas antimicrobianas é projetada para ser revestida por spray em todas as superfícies macias e duras.

Vários estudos revisados ​​por pares mostraram que o óxido de cobre é eficaz para matar vírus, como o estudo recente publicado em Materiais e interfaces aplicados ACS pela Universidade de Hong Kong e Virginia Tech, onde as maçanetas das portas eram revestidas com uma camada de material de óxido de cobre.

A equipe da NTU testou seu revestimento de nanopartículas em condições adversas por 120 ciclos de lavagem (na presença de sabão ou de seus componentes ativos a 45 graus C) e descobriu que quase não havia perda de cobre - apresentando muito pouco risco de toxicidade para humanos.

As nanopartículas também estão ligadas às fibras dentro da máscara, portanto, não há contato com a pele humana quando a máscara é usada.

Capacidades superiores de trapping da máscara

Matar vírus e bactérias só funcionaria se a máscara fosse capaz de prendê-los e impedi-los de passar. É aqui que o avanço da Assoc Prof Liu veio a calhar.

Ano passado, sua equipe desenvolveu uma maneira de integrar materiais dielétricos às fibras plásticas durante o processo de fabricação de um filtro de tecido não tecido feito de polipropileno (PP), comumente usado em máscaras cirúrgicas descartáveis ​​usadas por hospitais. Isso foi feito em colaboração com o Prof Guan Li da Universidade Renmin da China.

Os materiais dielétricos têm excelentes capacidades eletrostáticas, que pode atrair e se ligar a partículas que possuem uma carga negativa ou positiva, semelhante a como os ímãs atraem partículas de metal.

Feito de fibras com diâmetro de 200 a 300 nanômetros, a máscara tem uma área de superfície mais alta que diminui a resistência à respiração - tornando mais fácil para o usuário respirar em comparação com os respiradores N95 convencionais, que são mais densos.

Em testes, o tecido composto dielétrico de próxima geração teve eficiência de filtração 50 por cento maior do que as máscaras PP puro, que são comumente avaliados em 95 por cento BFE (Bacterial Filtration Efficiency).

Assoc Prof Liu disse:"Com nosso novo filtro composto, podemos atingir até 99,9 por cento de BFE, aprisionando quase todos os micróbios e partículas de fumaça ou neblina. Sua eficiência de filtragem supera a máscara N95, mas permite que o usuário respire com muito mais facilidade.

"Mais importante, pode ser facilmente produzido em massa usando o processo de produção atual. Também é lavável por mais de 10 vezes antes de perder a eficiência de filtração, tornando-o mais sustentável do que as atuais máscaras descartáveis ​​de uso único. "

Em experimentos, a máscara foi capaz de atrair e prender uma ampla gama de partículas:de PM10 (tamanho médio de partícula de 10 mícrons) a PM0.3 (0,3 mícrons - cerca de 0,3 por cento do diâmetro de um cabelo humano) com uma eficiência de filtração de 99,9 por cento .

O revestimento antimicrobiano tem uma patente registrada pela empresa NTU e empresa de inovação, NTUitive, e a equipe do Prof Lam já está trabalhando com uma empresa local para aplicá-la em seus produtos.

O material de tecido dielétrico composto de Assoc Prof Liu é agora usado por um fabricante estrangeiro para fazer máscaras N95 que são tão fáceis de respirar quanto máscaras cirúrgicas descartáveis ​​e estão disponíveis comercialmente.

A equipe agora está procurando trabalhar com parceiros da indústria local que desejam licenciar e aumentar a produção de suas máscaras 2 em 1 e atualmente estão preparando artigos científicos para submissão em revistas científicas.

Os cientistas da NTU têm trabalhado no desenvolvimento de soluções na luta global contra o COVID-19.

Isso inclui inovações como robôs de desinfecção autônomos, Kits de teste rápido COVID-19 e um dispositivo de bafômetro, uma máscara inteligente, revestimentos antimicrobianos, bem como pesquisa fundamental sobre o coronavírus para encontrar novos alvos de drogas para tratamento e desenvolvimento de vacinas.

Os cuidados de saúde são um dos grandes desafios da humanidade que a NTU procura abordar no âmbito do plano estratégico NTU 2025.