I ricercatori hanno completato un nuovo studio su come una varietà di tessuti naturali e sintetici filtrano particelle di dimensioni simili al virus che causa il COVID-19. Dei 32 tessuti testati, tre dei cinque più efficaci nel bloccare le particelle erano 100% cotone e avevano una fibra o un pelo visibile in rilievo, come quello che si trova sulle flanelle. Quattro dei cinque risultati più bassi erano materiali sintetici. I test hanno anche mostrato che più strati di tessuto potrebbero migliorare ulteriormente l'efficacia del cotone. Nessuno dei materiali si è avvicinato all'efficienza delle maschere N95.

Sebbene la dimensione del campione fosse relativamente piccola, i ricercatori hanno notato che i tessuti a trama più stretta generalmente filtravano meglio delle maglie e dei tessuti a trama larga. Anche i tessuti in cotone 100% con molte fibre in rilievo sembravano filtrare meglio dei tessuti in cotone che non avevano questa caratteristica. Le fibre sollevate spesso formano strutture simili a ragnatele simili a quelle delle maschere di grado medico.

Tre ricercatori del National Institute of Standards and Technology (NIST)—Christopher Zangmeister, James Radney e Jamie Weaver hanno collaborato con Edward Vicenzi del Museum Conservation Institute della Smithsonian Institution per valutare i materiali e determinare sia la loro capacità di filtrare le particelle che la loro traspirabilità. I loro risultati appaiono sulla rivista ACS Nano .

I Centri statunitensi per il controllo e la prevenzione delle malattie (CDC) raccomandano alle persone di indossare rivestimenti per il viso in tessuto in ambienti pubblici in cui il distanziamento sociale è difficile, principalmente per impedire a una persona che non sa di essere infetta di diffondere il virus.

Il virus che causa il COVID-19 si diffonde principalmente attraverso le goccioline respiratorie che vengono espulse quando una persona starnutisce, tossisce o addirittura parla. Però, alcune ricerche suggeriscono anche che il virus può diffondersi attraverso aerosol molto più piccoli, inferiori a 1/100 della larghezza di un capello umano, che vengono anche espulsi, e che possono rimanere nell'aria molto più a lungo delle goccioline.

"Si scopre che i materiali standard forniscono una certa protezione dagli aerosol se si utilizzano più strati di tessuto e una copertura per il viso si adatta perfettamente, " ha detto Zangmeister. "Ma nessuno è buono come una maschera N95."

Il progetto ha misurato un modo comune per determinare quanto bene un materiale cattura le particelle, chiamato efficienza di filtrazione. Zangmeister e Radney, che sono esperti nella misurazione degli aerosol, allestire un esperimento relativamente semplice che si basava su apparecchiature estremamente sensibili per il dimensionamento e il conteggio delle particelle di aerosol.

Gli esperimenti hanno utilizzato campioni di tessuto, o campioni, piuttosto che maschere complete. "Fondamentalmente, prendiamo un campione di materiale e facciamo scorrere su di esso un flusso di particelle di dimensioni note, " ha detto Zangmeister. "Contiamo il numero di particelle nell'aria prima e dopo che è passato attraverso il tessuto. Questo ci dice quanto sia efficace il materiale nel catturare le particelle".

Invece di campioni reali (e pericolosi) del virus SARS-CoV-2, il team ha usato sale da cucina, o cloruro di sodio (NaCl), il sostituto raccomandato per le particelle virali dall'Istituto nazionale per la sicurezza e la salute sul lavoro del CDC (NIOSH), che stabilisce gli standard di test per N95 e altre maschere. Anche le velocità del flusso d'aria utilizzate negli esperimenti provenivano dalle raccomandazioni dei test NIOSH.

I ricercatori hanno testato ogni materiale contro particelle che vanno da 50 a 825 nanometri (nm) per tracciare le sue prestazioni relative.

Nel frattempo, Tessitore, un chimico dei materiali con un background nel settore tessile, e Vicenzi, un esperto di microscopia, studiato ogni pezzo di tessuto per determinarne il titolo, trama e massa nella speranza di stabilire una relazione tra queste caratteristiche e la capacità del tessuto di filtrare le particelle.

Le particelle del virus SARS-CoV-2 hanno un diametro di circa 110 nm. Le maschere N95 sono rigorosamente testate per garantire che blocchino almeno il 95% delle particelle in questa gamma di dimensioni. Un filtro HEPA (aria per particolato ad alta efficienza) come quelli che potresti trovare in un purificatore d'aria blocca il 99,97% delle particelle che hanno una dimensione di circa 300 nm, e una percentuale ancora maggiore di particelle più piccole. Dei tessuti testati nello studio NIST, lo strato di tessuto singolo più performante ha bloccato il 20% delle particelle nell'intervallo di dimensioni del virus.

Mentre Zangmeister e Radney conducevano gli esperimenti sugli aerosol al Gaithersburg del NIST, Maryland, città universitaria, Weaver e Vicenzi hanno potuto svolgere il loro lavoro di imaging a casa, dove lavorano da metà marzo.

"Abbiamo usato intenzionalmente microscopi digitali poco costosi e freeware per fare la nostra parte di ricerca da casa, " ha affermato Weaver. "Una delle motivazioni per questo è stata quella di sviluppare metodi di imaging che consentissero ai cittadini scienziati di studiare meglio i tessuti a costi di avvio relativamente bassi".

Oltre ai tessuti, il team ha esaminato i materiali tra cui un filtro HEPA, Mascherina n95, una mascherina chirurgica e persino filtri per il caffè, che sono stati suggeriti per l'uso in rivestimenti per il viso fatti in casa, per confronto. Il team ha anche testato combinazioni di tessuti (uno strato di cotone e uno sintetico), che non ha mostrato una maggiore efficacia.

Combinando l'imaging e le misurazioni dell'aerosol, il team ha scoperto che alcuni tessuti che filtrano la maggior parte delle particelle sono anche i più difficili da respirare, e alcuni addirittura non soddisfano le raccomandazioni sulla salute e la sicurezza per la traspirabilità.

"La trama si è rivelata uno dei parametri più utili da esaminare perché abbiamo scoperto che la maggior parte dei tessuti di cotone con fili in rilievo tendeva a filtrare meglio, " ha detto Weaver. "I nostri risultati suggeriscono che la capacità di un tessuto di filtrare le particelle si basa su una complessa interazione tra tipo di materiale, strutture in fibra e tessuto, e il numero di filati".

Questa ricerca si aggiunge al corpus di conoscenze sui tessuti e sulla filtrazione che risale alla pandemia influenzale del 1918 che uccise da 20 a 50 milioni di persone in tutto il mondo e ha portato alla prima ricerca sulle maschere in tessuto e sul loro potenziale di protezione dai virus. Supporta anche ricerche successive che suggeriscono che i filtri in tessuto non sarebbero adatti per le strutture sanitarie.

Ma nonostante decenni di ricerche sull'argomento, il team ha scoperto che la mancanza di metodi di prova standard e l'ampia gamma di materiali testati rendevano difficile confrontare direttamente i risultati degli studi pubblicati in precedenza. Sperano che il loro lavoro fornisca un metodo per lo screening rapido dei materiali.

"Non conoscevamo la risposta quando abbiamo iniziato questo progetto, " ha detto Zangmeister. "Ma la linea di fondo è che nessuno di questi tessuti è buono come una maschera N95. Ancora, i rivestimenti in tessuto per il viso possono aiutare a rallentare la diffusione del coronavirus. Speriamo che questa ricerca aiuti i produttori e i fai-da-te a determinare i migliori tessuti per il lavoro e serva come base per ulteriori ricerche".

Il team prevede di iniziare un altro ciclo di test su un nuovo set di materiali nel prossimo futuro. Weaver e Vicenzi hanno aggiornato il loro hardware di imaging e pianificano di impiegare un'analisi strutturale più sofisticata per il prossimo ciclo di tessuti.