I ricercatori hanno escogitato un modo migliore per testare quali tessuti funzionano meglio per le maschere che hanno lo scopo di rallentare la diffusione di COVID-19. Testando quei tessuti in condizioni che imitano l'umidità del respiro di una persona, i ricercatori hanno ottenuto misurazioni che riflettono in modo più accurato come si comportano i tessuti quando indossati da una persona vivente, persona che respira.

Le nuove misurazioni mostrano che in condizioni di umidità, l'efficienza di filtrazione, una misura di quanto bene un materiale cattura le particelle, è aumentata in media del 33% nei tessuti di cotone. I tessuti sintetici hanno prestazioni scarse rispetto al cotone, e le loro prestazioni non sono migliorate con l'umidità. Anche il materiale delle maschere per procedure mediche non è migliorato con l'umidità, sebbene si esibisse all'incirca nella stessa gamma dei cotoni.

Questo studio, condotto da scienziati del National Institute of Standards and Technology (NIST) e dello Smithsonian's Museum Conservation Institute, è stato pubblicato in Nanomateriali applicati ACS .

Uno studio precedente dello stesso team di ricerca ha mostrato che le maschere a doppio strato realizzate con tessuti di cotone a trama fitta con un pelo rialzato, come flanelle, sono particolarmente efficaci nel filtrare il respiro. Questo studio è stato condotto in condizioni relativamente asciutte in laboratorio, e la sua scoperta principale è ancora valida.

"I tessuti di cotone sono ancora un'ottima scelta, " ha detto il ricercatore del NIST Christopher Zangmeister. "Ma questo nuovo studio mostra che i tessuti di cotone in realtà si comportano meglio nelle maschere di quanto pensassimo".

I ricercatori hanno anche testato se l'umidità rende i tessuti più difficili da respirare e non hanno riscontrato alcun cambiamento nella traspirabilità.

I Centri per il controllo e la prevenzione delle malattie (CDC) raccomandano alle persone di indossare maschere per rallentare la diffusione di COVID-19. Se indossato correttamente, quelle maschere filtrano alcune delle goccioline piene di virus espirate da una persona infetta e offrono anche una certa protezione a chi le indossa filtrando l'aria in ingresso.

Questo studio è uno dei tanti, condotta dal NIST e da altre organizzazioni, che ha contribuito ai primi standard per le mascherine in tessuto destinate a rallentare la diffusione del COVID-19. Tali standard sono stati recentemente rilasciati dall'organizzazione di sviluppo degli standard ASTM International.

L'efficienza di filtrazione dei tessuti di cotone aumenta in condizioni di umidità perché il cotone è idrofilo, nel senso che gli piace l'acqua. Assorbendo piccole quantità di acqua nel respiro di una persona, le fibre di cotone creano un ambiente umido all'interno del tessuto. Quando le particelle microscopiche passano attraverso, assorbono parte di questa umidità e diventano più grandi, che li rende più probabilità di rimanere intrappolati.

La maggior parte dei tessuti sintetici, d'altra parte, sono idrofobi, nel senso che non amano l'acqua. Questi tessuti non assorbono l'umidità, e la loro efficienza di filtrazione non cambia in condizioni di umidità.

Per questo studio, il team ha testato campioni di tessuto, non maschere reali. Primo, hanno preparato campioni di tessuto a doppio strato posizionandoli all'interno di una piccola scatola in cui l'aria è stata mantenuta al 99% di umidità, all'incirca la stessa del respiro esalato di una persona. Per confronto, una seconda serie di campioni è stata preparata al 55% di umidità. Dopo che i tessuti hanno raggiunto un equilibrio con l'aria umidificata, i ricercatori li hanno posizionati davanti a un tubo che emette aria alla stessa velocità del respiro esalato. Quell'aria trasportava particelle di sale in una gamma di dimensioni tipiche delle goccioline che una persona espira quando respira, parlare e tossire. Questo metodo con particelle di sale è raccomandato dal National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) del CDC per misurare le prestazioni di filtrazione dei materiali per la fabbricazione di maschere.

I ricercatori hanno calcolato l'efficienza di filtrazione misurando il numero di particelle nell'aria prima e dopo il passaggio attraverso il tessuto. Hanno misurato la traspirabilità misurando la pressione dell'aria su entrambi i lati del tessuto mentre l'aria lo attraversava.

I ricercatori hanno testato nove diversi tipi di flanella di cotone, che in condizioni di umidità hanno aumentato le loro efficienze di filtrazione dal 12% al 45%, con un incremento medio del 33%. Hanno testato sei tipi di tessuto sintetico, compreso nylon, poliestere e rayon. Tutti si sono comportati male rispetto alla flanella di cotone indipendentemente dall'umidità. Le maschere per procedure mediche e le maschere respiratorie N95 hanno fornito la stessa efficienza di filtrazione sia in condizioni di alta che di bassa umidità.

Mentre il cambiamento nelle prestazioni per le flanelle di cotone è ampio, in realtà non assorbono molta acqua. In condizioni di umidità, una maschera in flanella di cotone a due strati assorbe circa 150 milligrammi di acqua dal respiro umano, l'equivalente di appena una o due gocce. Se le mascherine in tessuto si bagnano effettivamente in altri modi, possono diventare difficili da respirare, e il CDC consiglia alle persone di non indossarli per attività come il nuoto. Se le maschere si bagnano a causa del tempo, dovrebbero essere cambiati.

Sebbene questa ricerca fornisca informazioni utili per le persone che indossano maschere per il viso, tiene anche lezioni per gli scienziati che stanno lavorando per migliorare le maschere e misurare le loro prestazioni.

"Per capire come si comportano questi materiali nel mondo reale, "Zangmeister ha detto, "dobbiamo studiarli in condizioni realistiche".