Una mascarilla de nanofibra utiliza una capa extremadamente delgada de fibras de dimensiones nanométricas para crear una barrera mecánica frente a partículas pequeñas, aerosoles, bacterias y virus. Esta tecnología puede aportar ligereza, buena respirabilidad, mayor durabilidad y una filtración menos dependiente de la humedad que la de los materiales convencionales.
El filtro de nanofibras PROVEIL®, desarrollado por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y Bioinicia, se aplica a mascarillas sanitarias FFP1, FFP2 y FFP3, así como a mascarillas quirúrgicas. Sus versiones incluyen filtros con propiedades mecánicas, antimicrobianas, viricidas, biodegradables y, en determinados diseños, frontales transparentes para facilitar la comunicación.
Qué es una mascarilla de nanofibra
Un equipo del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha desarrollado un nuevo material para filtros de mascarillas sanitarias basado en nanofibras. Este nuevo material, desarrollado por el grupo de investigador José María Lagarón, del Instituto de Agroquímica y Técnica Alimentaria (IATA-CSIC), y la empresa de base tecnológica del CSIC Bioinicia, se aplica a las mascarillas sanitarias FFP1, FFP2 y FFP3 y quirúrgicas.
PROVEIL® es un nuevo medio de filtración desarrollado por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y Bioinicia, líderes en el campo de las nanofibras para aplicaciones médicas y sanitarias. La mayoría de las mascarillas que se utilizan hoy en día se basan en fibras de tejido no tejido soplado en fusión de polipropileno, intercaladas entre capas no tejidas hiladas de polipropileno.
Una capa extremadamente delgada de nanofibras, con diámetros más de diez veces inferiores que las fibras convencionales, proporciona una filtración mecánica altamente efectiva para partículas pequeñas en el aire sin que la eficiencia se con la humedad, el calor u otras condiciones ambientales.
Cómo funciona el filtro de nanofibras
La tecnología de nanofibras forma una barrera física que retiene las partículas cuando el aire atraviesa el filtro. La mayor área de superficie y el menor tamaño de poro del filtro PROVEIL® maximizan la probabilidad de que las partículas se detengan por las fibras sin depender de la atracción electrostática.
La filtración mecánica es muy efectiva para partículas pequeñas en el aire, haciendo que la eficacia no se reduzca con la humedad, alcohol y/u otras condiciones ambientales. Las nanofibras, el principal componente, tienen propiedades de filtración mecánica que las hace más seguras.
El tamaño del poro puede llegar a ser la mitad del tamaño del virus, por lo que éste no puede pasar. Ni siquiera a través de aerosoles, esas gotículas que expulsamos al hablar, toser o estornudar.
El líder de la investigación por el CSIC, José María Lagarón, explica cómo el tamaño de poro es más grande que el tamaño del virus, pero como las nanofibras tienen cargas electroestáticas los aerosoles infectados "quedan atrapados" evitando que quién la lleva puesta respire el patógeno del covid.
Diferencia frente a los filtros convencionales
La eficacia de los filtros convencionales para filtrar pequeñas partículas en el aire se basa en cargas superficiales electrostáticas, que atraen y capturan estas partículas del aire a medida que pasa a través del filtro. Este efecto de filtrado electrostático solo funciona cuando la mascarilla está seca y desaparece rápidamente durante el uso, ya que la humedad producida por el aliento elimina la carga electrostática.
Es por esta razón que los filtros spunbond / meltblown / spunbond (SMS) no son adecuados para un uso continuo y deben ser desechadas y reemplazadas frecuentemente. PROVEIL® es diferente.
Esto no ocurre con las mascarillas convencionales, que tienen un poro mucho mayor que el tamaño del Sars-Cov-2 y -por supuesto- que los aerosoles finos sobre los que viaja. Por eso se sirven de cargas electrostáticas, para intentar atraparlo y que no traspase las capas de filtrado.
Sin embargo, éstas van perdiendo eficacia con el uso. La humedad del propio aliento elimina esa carga. Según señala el investigador del CSIC, "un filtro normal en una FFP2 es 60 veces más grueso".
Características principales
Filtración mecánica
La principal característica del filtro de nanofibras es que la protección es mecánica y permanente. El menor tamaño de poro y la gran superficie de las fibras favorecen la retención de partículas sin depender exclusivamente de cargas electrostáticas.
Esta nueva tecnología presenta bastantes ventajas frente a la tecnología tradicional y además es igual de económica. Las nanofibras actúan como una malla de un mosquitero y las fuerzas electroestáticas funcionan como un atrapa virus.
Ligereza y menor espesor
La primera ventaja del material de nanofibras sobre el convencional es la reducción del espesor, el gramaje, con todo lo que ello conlleva. Evacua mejor el calor y el Co2 de la respiración.
Los investigadores del CSIC señalan como principales ventajas la ligereza de la mascarilla, su capacidad para evacuar mejor el calor, el CO2 y la humedad de la respiración haciendo que llevarlas sea mucho más cómoda que el resto de las que se encuentran en el mercado.
Respirabilidad y confort
El equipo de Lagarón no sólo dio con el material alternativo para fabricar los filtros de las mascarillas, sino que consiguió que éste tuviese mejores prestaciones que el tradicional, en cuanto a confort, respirabilidad, durabilidad y eficacia contra el Sars-Cov-2.
La reducción del espesor y la evacuación del calor, el dióxido de carbono y la humedad pueden mejorar la sensación de uso durante periodos prolongados. La forma cóncava de esta FFP2 y su diseño permiten un buen ajuste facial para mayores, aunque también tienen un modelo especialmente fabricado para niños con gomas más duraderas y cortas.
Resistencia a la humedad
Una capa extremadamente delgada de nanofibras proporciona una filtración mecánica altamente efectiva para partículas pequeñas en el aire sin que la eficiencia se con la humedad, el calor u otras condiciones ambientales. Esto significa que los filtros PROVEIL® continúan proporcionando una protección efectiva a lo largo del tiempo.
No se humedecen como ocurre cuando llevas una mascarilla quirúrgica, que a las cuatro horas tienes que cambiarla. Esta característica es otra de las claves de la durabilidad de las mascarillas Proveil.
Durabilidad
Las mascarillas del CSIC y Bioinicia se pueden usar varios días manteniendo su capacidad de filtrado. Estas mascarillas son biodegradables, lavables, con una capacidad de filtración 10 veces mayor que los materiales normales, certificadas FFP2 y se pueden usar durante días.
Las dos ventajas anteriores añaden, en consecuencia, una tercera. Su durabilidad es mucho mayor. El tiempo de uso recomendado de las mascarillas del CSIC es de un total de 16 horas.
Estas mascarillas podrán ser utilizadas por la población durante varios días. También están pensadas para profesionales sanitarios, personal de líneas aéreas y para fuerzas y cuerpos de seguridad del estado, en cuyo caso la recomendación es usar una al día.
Propiedades antivaho
Las mascarillas con frontal transparente desarrolladas con este filtro cuentan con propiedades antivaho. “Esta mascarilla es un gran avance y me hace muy feliz comprobar que, a pesar de llevarla toda la tarde, he podido leer los labios perfectamente de todos los que hoy me rodean. No se empaña, es cómoda y, sobre todo, me hace sentir seguro”, manifestó Marcos Lechet durante su discurso.
Capacidad de filtración y protección
Estudios certificados externos e internos han podido medir que esta mascarilla cuenta con un 90% de eficiencia de filtración frente a aerosoles y un 98% de eficiencia de filtración bacteriana, además de las propiedades viricidas y antivaho con las que cuenta.
Las mascarillas cuentan con la certificación especial CPA FFP2, que Europa ha lanzado para resolver la emergencia que se creó al interrumpirse el comercio de ciertos materiales de filtración que provenían principalmente de China. Han sido certificadas por DEKRA y APPLUS+.
| Característica | Dato indicado |
|---|---|
| Eficiencia de filtración frente a aerosoles | 90% |
| Eficiencia de filtración bacteriana | 98% |
| Inactivación del coronavirus en dos horas | Hasta el 97% |
| Inactivación bacteriana en tres horas | 99,9% |
| Tiempo de uso recomendado indicado para las mascarillas del CSIC | 16 horas |
| Certificación especial | CPA FFP2 |
La certificación CPA FFP2 fue una respuesta europea a la emergencia creada por la interrupción del comercio de determinados materiales de filtración. La nueva tecnología se desarrolló para ofrecer una alternativa a los materiales cuya fabricación se había concentrado principalmente fuera de Europa.
Propiedades viricidas y antimicrobianas
El filtro PROVEIL® incorpora un componente viricida, un mineral integrado en la estructura del filtro, que inactiva el COVID-19. El filtro no sólo retiene los microorganismos mediante una barrera mecánica, sino que incorpora una sustancia capaz de actuar sobre ellos cuando quedan atrapados.
El viricida se incorpora en el interior, en el core de la mascarilla, donde se para el virus, así que el filtro no sólo lo para si no que -además- acaba con él. Desde septiembre, todas las mascarillas hechas con el filtro de Bioinicia son, por defecto, viricidas.
La clave de la efectividad pasiva y activa de las mascarillas Proveil con propiedades viricidas se encuentra en su filtro. Los microorganismos quedan retenidos por la barrera mecánica de las nanofibras y, mientras permanecen allí, empieza a actuar el viricida.
El agente viricida que va incluido dentro del filtro de la mascarilla empieza a actuar en el mismo momento en el que entra en contacto con el virus. El coronavirus se inactiva hasta en un 97 por ciento en dos horas de contacto, mientras que, en el caso de las bacterias, el filtro Proveil con propiedades viricidas en tres horas de contacto inactiva al 99,9 por ciento.
Los investigadores analizaron microorganismos patógenos y bacterias comunes que pueden encontrarse en mascarillas, quirófanos o espacios sanitarios, además del comportamiento frente a un virus modelo del coronavirus. Para probar la efectividad del componente del filtro viricida se utilizó un tipo específico de coronavirus, el Feline Corona Virus, Strain Munich, como modelo equivalente del coronavirus que afecta a los humanos.
Por qué el viricida se integra en el filtro
Los agentes antimicrobianos se suelen colocar como un recubrimiento sobre el exterior, pero los aerosoles infectivos pueden atravesar fácilmente la capa donde está el tratamiento viricida, ya que esta no tiene propiedades de filtración.
El procedimiento antimicrobiano eficaz es aquel en el cual el tratamiento actúa cuando el virus o la bacteria se queda retenido y quieto, y esto ocurre principalmente en el filtro. Este tratamiento antimicrobiano propio del filtro, combinado con la capacidad total de filtración frente a los aerosoles con carga viral infectiva, un buen ajuste de la mascarilla, y una pulverización con disolución alcohólica de las capas internas y externas entre uso y uso, garantizan la seguridad óptima para nuestras EPI.
Desinfección y reutilización
Una de las ventajas señaladas para las mascarillas de nanofibra es la posibilidad de desinfectarlas y volver a usarlas. La desinfección puede realizarse mediante pulverización de disoluciones de alcohol a 70º y/o mediante inmersión en alcohol, según las indicaciones asociadas a estos filtros.
El tiempo de uso recomendado de las mascarillas del CSIC es de un total de 16 horas. Pero podemos aumentarlo con un sencillo "esprayado (aplicación con spray) de disoluciones de alcohol, y también con inmersión en alcohol.
Un procedimiento de desinfección que -además- incrementa la seguridad durante su uso. Con el material tradicional no se puede hacer, porque - de nuevo - se pierden las cargas y la capacidad de filtración.
Investigaciones realizadas recientemente por científicos americanos, y confirmadas por nosotros, explican cómo se puede desinfectar estas mascarillas con pulverización de disoluciones de alcohol a 70º y/o con inmersión en alcohol, mientras que con el material tradicional eso no se puede hacer debido a que pierden las cargas electrostáticas y por tanto sus propiedades de filtración.
La reutilización debe ajustarse siempre a las instrucciones específicas del fabricante, al tipo de mascarilla y a la certificación correspondiente. La posibilidad de desinfectar un filtro de nanofibras no significa que cualquier mascarilla pueda lavarse o tratarse del mismo modo.
Usos de las mascarillas de nanofibra
Protección sanitaria
Las mascarillas de nanofibra se aplican a mascarillas sanitarias FFP1, FFP2 y FFP3 y quirúrgicas. También están pensadas para profesionales sanitarios, personal de líneas aéreas y para fuerzas y cuerpos de seguridad del estado.
La tecnología fue desarrollada para ofrecer un material alternativo durante la escasez de equipos de protección sanitaria. Cuando estalló la pandemia, los trabajadores de la salud sufrieron por la falta de suministro de equipo de protección crítico.
Uso de la población general
Estas mascarillas podrán ser utilizadas por la población durante varios días. La ligereza, la respirabilidad y la capacidad de filtración las hacen adecuadas para situaciones en las que se necesita llevar protección durante periodos prolongados.
La protección solo se garantiza si la ajustamos bien al rostro y se combina en interiores con ventilación o equipos de limpieza del aire. Un filtro eficaz no sustituye al ajuste facial ni a las medidas ambientales necesarias en espacios interiores.
Entornos profesionales
Las mascarillas también están pensadas para profesionales sanitarios, personal de líneas aéreas y para fuerzas y cuerpos de seguridad del estado. En el caso de estos colectivos, la recomendación indicada es usar una al día.
La tecnología se desarrolló asimismo para crear una red de fabricantes de calidad a los que servir el filtro o las máquinas industriales para hacerlo. Varias empresas españolas lanzaron mascarillas sanitarias y quirúrgicas lavables utilizando el nuevo filtro.
Mascarillas inclusivas y accesibilidad
El Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y Bioinicia han codesarrollado la primera mascarilla higiénica de nanofibras y filtro viricida con frontal transparente para facilitar a las personas sordas la lectura de los labios y la identificación de las emociones.
Aunque existen otras mascarillas en el mercado con esta pantalla frontal transparente, estas son las primeras en contar con las propiedades del filtro PROVEIL®, el cual dispone de todas las propiedades de la nanofibra e incorpora sus propiedades viricidas, capaces de desactivar cualquier virus y bacteria.
La intención es que esta mascarilla ayude a comunicarse al colectivo de personas sordas y con problemas de audición, que solo en España se estima que supera el millón de personas, además de beneficiar a otras personas con necesidades especiales como el autismo que necesitan ver las expresiones faciales para reconocer algunas emociones.
La mascarilla inclusiva incorpora una ventana transparente para facilitar la lectura de los labios. El frontal transparente también permite observar las expresiones faciales, un elemento importante para la identificación de emociones y para la comunicación de personas con dificultades de audición.
Esta mascarilla se encuentra en una primera fase donde no se comercializa en abierto, aunque se sigue trabajando con el colectivo de sordos en su mejora y en su automatización para la producción en masa. La nueva mascarilla PROVEIL M.L INLUSIVA ha sido certificada por el Instituto Tecnológico Textil AITEX.
Los impulsores ya han dado los pasos para conseguir una segunda versión que automatice su fabricación, hasta una tercera que ayude a hacerla más sostenible y compostable. También se sigue trabajando para sacarla en formato EPI, con más tallajes, y así asegurar que todo el mundo pueda leer los labios además de estar protegido.
Las personas sordas han sufrido un doble confinamiento: el producido por la pandemia y el que le ha seguido por la incomunicación a la que se han tenido que enfrentar por las mascarillas. La ventana transparente busca reducir esa barrera comunicativa sin renunciar a la protección del filtro.
Sostenibilidad y biodegradabilidad
Los filtros de nanofibras desarrollados por el CSIC y Bioinicia incluyen versiones biodegradables. Este grupo de investigación también ha desarrollado un modelo de filtro antimicrobiano y otro biodegradable.
Las mascarillas de nanofibra se describen como biodegradables, lavables y más duraderas que las fabricadas con materiales tradicionales. El objetivo de las siguientes generaciones es mejorar todavía más su sostenibilidad y hacerlas compostables.
Ya han conseguido los filtros biodegradables y antimicrobianos. También están trabajando en los translúcidos, "para que tengan el mismo nivel de protección, pero dejen ver las emociones".
Ajuste, uso correcto y límites
La eficacia de una mascarilla depende tanto del material filtrante como del ajuste facial. La protección solo se garantiza si la ajustamos bien al rostro y se combina en interiores con ventilación o equipos de limpieza del aire.
La forma cóncava de esta FFP2 y su diseño permiten un buen ajuste facial para mayores, aunque también tienen un modelo especialmente fabricado para niños con gomas más duraderas y cortas. El desarrollo de la versión EPI contempla más tallajes para mejorar el ajuste y la accesibilidad.
El filtro de nanofibras puede ofrecer una barrera mecánica y propiedades antimicrobianas, pero la mascarilla debe utilizarse conforme a su certificación y a sus instrucciones específicas. La posibilidad de reutilización, desinfección o lavado no debe extrapolarse a todos los modelos.
En interiores, el uso de mascarilla debe combinarse con ventilación o equipos de limpieza del aire. El filtro protege frente a partículas y microorganismos que atraviesan la zona filtrante, pero un ajuste deficiente puede permitir la entrada o salida de aire por los laterales.
Desarrollo tecnológico y evolución
El departamento de José María Lagarón llevaba mucho tiempo trabajando en materiales basados en nanofibras para aplicaciones biomédicas y farmacéuticas. Por tanto, pensaron en utilizar esta tecnología como material alternativo para los filtros de las mascarillas.
El resultado fue un nuevo material de nanofibras que se aplica a todo tipo de mascarillas sanitarias, aportándole significativas ventajas respecto a las convencionales. Así nació la Proveil Mask.
La tecnología es fruto de los proyectos aprobados por la plataforma Salud Global del CSIC y por la convocatoria del Sistema Valenciano de Innovación e Investigación de la Conselleria de Innovación, Universidades, Ciencia y Sociedad Digital, como iniciativas para abordar la pandemia de la COVID-19.
La iniciativa no pretende competir a medio y largo plazo con los fabricantes de mascarillas ya existentes sino crear una red de fabricantes de calidad a los que servir el filtro o las máquinas industriales para hacerlo. El objetivo es aliarse con los fabricantes para ampliar la producción de mascarillas basadas en nanofibras.
La tecnología Nanoweb de los Filtros Sakura
Comparación de características
| Aspecto | Mascarilla de nanofibra | Material convencional descrito |
|---|---|---|
| Mecanismo principal | Filtración mecánica mediante nanofibras | Filtración basada en cargas electrostáticas |
| Dependencia de la humedad | La filtración mecánica no depende de la humedad | La humedad del aliento puede eliminar la carga electrostática |
| Espesor | Una capa extremadamente delgada | Un filtro normal en una FFP2 es 60 veces más grueso |
| Durabilidad indicada | Puede utilizarse durante varios días según el modelo y las instrucciones | Los filtros SMS deben desecharse y reemplazarse frecuentemente |
| Desinfección indicada | Pulverización de disoluciones de alcohol a 70º y/o inmersión en alcohol, según el modelo | El alcohol puede hacer que pierda cargas y capacidad de filtración |
| Propiedades adicionales | Viricidas, antimicrobianas, antivaho, biodegradables o transparentes, según el modelo | Dependen del material y del diseño de cada mascarilla |
Qué significan sus principales beneficios
- Mayor filtración mecánica: la retención se produce mediante una barrera física de nanofibras.
- Menor espesor: el material puede ser más ligero y delgado que un filtro convencional.
- Mejor evacuación: se favorece la salida del calor, el CO2 y la humedad de la respiración.
- Mayor durabilidad: algunos modelos pueden utilizarse durante varios días manteniendo su capacidad de filtrado.
- Desinfección: determinados filtros admiten pulverización con disoluciones de alcohol a 70º o inmersión en alcohol.
- Acción antimicrobiana: el componente viricida actúa sobre los microorganismos retenidos en el filtro.
- Accesibilidad: las versiones transparentes permiten facilitar la lectura de los labios y la identificación de emociones.
- Sostenibilidad: existen versiones biodegradables y se trabaja en diseños compostables.
Las ventajas concretas dependen de la estructura completa de la mascarilla, del filtro empleado, del ajuste facial, de la certificación y de las instrucciones de uso. No todas las mascarillas de nanofibra incorporan simultáneamente propiedades viricidas, antivaho, transparentes, lavables o compostables.
Aspectos que deben comprobarse antes de utilizarla
- La certificación correspondiente al tipo de protección indicado.
- La eficiencia de filtración frente a aerosoles y bacterias cuando esos datos estén disponibles.
- El ajuste de la mascarilla al rostro y la ausencia de fugas laterales importantes.
- La duración de uso recomendada por el fabricante.
- Si el modelo admite desinfección, lavado o reutilización.
- El procedimiento exacto de desinfección y la concentración de alcohol indicada.
- La compatibilidad entre la mascarilla y el uso profesional o sanitario previsto.
- La existencia de tallajes adecuados para adultos, niños o personas con necesidades específicas.
Las mascarillas de nanofibra representan una alternativa tecnológica a los filtros convencionales porque combinan una barrera mecánica de fibras muy finas con diseños orientados a mejorar la respirabilidad, la durabilidad, la protección antimicrobiana, la sostenibilidad y la comunicación accesible.
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