Impacto de los parámetros de lavado en la eficiencia de la filtración bacteriana y la transpirabilidad de las mascarillas comunitarias y médicas.

Scientific Reports volumen 12, número de artículo: 15853 (2022) Citar este artículo

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¿Se pueden reemplazar las mascarillas médicas por mascarillas comunitarias reutilizables con un rendimiento similar? Se evaluó la influencia del número de ciclos de lavado, la temperatura de lavado y el uso de detergente en el desempeño de una mascarilla médica (MFM) y diez mascarillas comunitarias (CFM). El desempeño de las mascarillas nuevas y lavadas se caracterizó a partir de la eficiencia de filtración bacteriana (BFE) y la presión diferencial (DP). Las pruebas realizadas con las nuevas máscaras mostraron que las MFM siempre tuvieron mejor BFE que las CFM. Aunque dos de los CFM mostraron un valor de BFE superior al 95%, solo uno puede clasificarse como MFM tipo I según los requisitos de BFE y DP. Se investigó la influencia de los parámetros de lavado en el MFM y estos dos CMF con excelentes propiedades de BFE. Los parámetros no tuvieron efecto sobre el BFE de los CFM, mientras que el MFM mostró una pérdida de eficiencia cuando se lavó con detergente. El DP de las mascarillas no se vio afectado por el lavado. Los resultados muestran claramente que, aunque se debe llegar a un compromiso entre el BFE y la transpirabilidad, parece posible fabricar CFM con rendimientos similares a los de un MFM de tipo I, sin alcanzar los requisitos de tipo II.

Las gotitas y aerosoles respiratorios pueden generarse mediante diversas actividades espiratorias como toser, estornudar y hablar. Al igual que el SARS-CoV-2, otros virus respiratorios circulan por transmisión aérea a través de gotitas y aerosoles que contienen partículas virales1. Durante la propagación del SARS-CoV-2, que provocó la pandemia de COVID-19 en 2020, las mascarillas faciales fueron ampliamente aceptadas como medio para reducir la contaminación en ambientes interiores2. Se ha demostrado que el uso de mascarillas ayuda a reducir la propagación del virus, ya que las mascarillas se utilizan principalmente con la intención de evitar que el usuario infectado transmita el virus a otras personas (control de fuente)3,4. Sin embargo, las máscaras también podrían proteger a quienes las usan de contraer COVID-19. De hecho, algunos estudios demostraron que las mascarillas podrían ofrecer protección al usuario sano contra las infecciones (protección)5,6. Las mascarillas se pueden distinguir en respiradores, mascarillas médicas y no médicas7. Antes de la pandemia de Covid-19, las mascarillas médicas se recomendaban habitualmente en los servicios de atención al personal médico. Sin embargo, en respuesta a la pandemia, los gobiernos exigieron el uso de mascarillas en lugares públicos, lo que provocó un rápido aumento de la demanda de mascarillas médicas y, en consecuencia, creó tensión en su oferta. Por lo tanto, las mascarillas comunitarias o de tela se introdujeron en un intento por abordar la escasez mundial de mascarillas médicas8,9,10 y se están utilizando en paralelo a las mascarillas médicas.

Además de la escasez, estas mascarillas médicas de un solo uso son una enorme fuente de residuos y contribuyen al problema ya existente de la contaminación por microplásticos en entornos marinos y terrestres11,12,13. En consecuencia, la reutilización de las mascarillas se convierte en un tema de interés cada vez mayor. Por lo tanto, las mascarillas comunitarias se consideran una opción más respetuosa con el medio ambiente que las mascarillas médicas desechables de un solo uso, ya que pueden reutilizarse varias veces lavándolas14,15. Aunque inicialmente se diseñaron como de un solo uso, estudiar la viabilidad de la reutilización de las mascarillas médicas también parece interesante por razones tanto medioambientales como de suministro. Algunos estudios han demostrado que las mascarillas médicas se pueden reutilizar después de 10 ciclos de lavado16,17.

Aunque la protección de las mascarillas comunitarias contra partículas pequeñas es muy variable y normalmente menor que la de las mascarillas médicas18,19, todavía se recomienda su uso para proteger a otras personas de la transmisión del virus SARS-CoV-220. En este estudio buscamos determinar si algunas mascarillas comunitarias disponibles comercialmente tienen un rendimiento similar al de una mascarilla médica estándar. Además de esto, también buscamos evaluar la influencia de tres parámetros de lavado en el desempeño de las mascarillas comunitarias, para luego comparar su desempeño con el de una mascarilla médica, nueva o lavada en las mismas condiciones. Los parámetros estudiados incluyen el número de ciclos de lavado, la temperatura del agua y el posible uso de detergente durante los ciclos de lavado.

Las mascarillas médicas están sujetas a requisitos específicos establecidos por normas. En Europa, los requisitos de rendimiento se describen en la norma EN 14683:201921 en términos de eficiencia de filtración bacteriana (BFE) mínima, los valores máximos de presión diferencial (DP), la carga biológica máxima y los requisitos de resistencia a salpicaduras. En este trabajo tanto la mascarilla médica como la mascarilla comunitaria están sujetas a la norma EN 14683:2019, y nos centramos únicamente en dos parámetros: el BFE (que indica la capacidad de filtrado del material de la mascarilla) y el DP (que indica la transpirabilidad del material de mascarillas). En este sentido, nuestro estudio se diferencia de artículos ya publicados sobre temas relacionados porque, si bien ya se ha publicado la reutilización de mascarillas médicas y mascarillas comunitarias después de diferentes procesos de lavado o descontaminación, el número de artículos que utilizan la eficiencia de filtración bacteriana en lugar de una medición de eficiencia realizada con materiales no biológicos sigue siendo muy baja. Además, resulta muy original utilizar un bioaerosol para medir la eficacia de filtración de las mascarillas comunitarias después del lavado según el estándar exigido a las mascarillas médicas para poder comparar sus prestaciones en términos de filtración (medición BFE) y transpirabilidad. (medición DP).

En este estudio se compraron y evaluaron inicialmente diez mascarillas comunitarias de diferentes fabricantes franceses. La mascarilla médica que se utilizó en este estudio es una mascarilla médica de tipo IIR certificada según la norma europea EN 14683: AC 2019. Las referencias de las mascarillas se proporcionan en la Tabla complementaria S1. Las mediciones se realizaron en cinco muestras de cada tipo de máscara.

La evaluación del BFE se realizó de acuerdo con la norma EN 14683:2019 para el desempeño de mascarillas médicas y utilizando un procedimiento publicado22. Se genera una corriente de aerosol que contiene una carga conocida de Staphylococcus aureus ATCC 29213 utilizando un nebulizador de malla E-flow (Pari GmbH, Starnberg, Alemania). Los recuentos se expresan en Unidades Formadoras de Colonias (UFC). El medio de cultivo se diluye para obtener una concentración de aproximadamente 5 × 105 UFC mL-1 para las pruebas. El número promedio de UFC se mantuvo en promedio entre 1,7 × 103 UFC y 3,0 × 103 UFC, mientras que el tamaño medio de partícula (MPS) se mantuvo en 3,0 ± 0,3 μm. según lo exige la norma EN 14683:2019. El MPS se calculó como:

donde \(P_{i}\) son los diámetros de corte efectivos del 50% de cada una de las seis etapas del impactador (que van desde 0,65 a 7 µm), y \(C_{i}\) es el número de UFC crecido en la i-ésima etapa cuando no hay máscara (ejecución positiva) presente en el sistema.

Luego, el aerosol generado se aspira a través de la cámara de aerosol (cilindro de vidrio con un diámetro de 60 mm y una longitud de 600 mm) a un flujo constante de 28,3 L min-1 mediante una bomba de vacío. Las muestras de máscara se sujetan entre la cámara de aerosol y un impactador en cascada Andersen de seis etapas. Cada una de las seis etapas consta de 400 orificios y una placa de Petri de plástico de 90 mm, que contiene un medio de cultivo agar, que se utiliza como placas de impactación. Dependiendo del diámetro de los orificios, las gotas de un determinado tamaño impactan en la placa de Petri y provocan la formación de una colonia de bacterias. Los diámetros de corte efectivos del 50 % (es decir, los diámetros de partículas correspondientes al 50 % de eficiencia de muestreo) para cada una de las seis etapas cuando se opera a 28,3 L min-1 varían entre 7 μm (etapa 1), 4,7 μm, 3,3 μm. , 2,1 µm, 1,1 µm a 0,65 µm (etapa 6).

Cada muestra midió al menos 100 mm × 100 mm y, por lo tanto, el área de prueba fue de al menos 49 cm2, según lo exige la norma EN 14683:2019. Las pruebas se realizaron poniendo en contacto el interior de la mascarilla con las bacterias aerosolizadas. Cada muestra se acondicionó a 21 ± 5 °C y 85 ± 5% de humedad relativa durante al menos 4 h para alcanzar el equilibrio atmosférico antes de la prueba. Para evaluar el BFE de una mascarilla se debe realizar una serie de ocho mediciones sucesivas. En primer lugar, se realiza un experimento de control positivo sin una máscara colocada entre el impactador en cascada y la cámara de aerosol. A continuación, se realizan cinco experimentos con muestras de prueba, cambiando la máscara para cada experimento. Luego se realiza un segundo experimento de control positivo. Finalmente, este ciclo de ocho experimentos consecutivos finaliza con una ejecución de control negativo en la que se pasa aire, sin agregar bacterias, a través del impactador en cascada durante 2 minutos (esto sirve como control de contaminación para verificar que las bacterias depositadas durante la ejecución positiva y las muestras de prueba provinieron únicamente de la fuente de bioaerosol).

El BFE se calcula como:

donde C es la media de las dos series positivas del total de UFC de los seis recuentos en placa, y T es el total de UFC de los seis recuentos en placa para cada muestra de prueba.

Las placas de Petri se incubaron a 37 ± 2 °C durante 22 ± 2 h. Las UFC se contaron con un contador de colonias automático Scan 4000 (Interscience).

Los requisitos de BFE para diferentes categorías de mascarillas médicas según EN 14683:2019 se indican en la Tabla 1.

La prueba de resistencia respiratoria se realizó de acuerdo con el procedimiento estándar EN 14683:2019 y la configuración experimental se presenta en la Fig. 1. La máscara se fijó entre dos portamuestras con una sección transversal circular de 4,9 cm2 y aire. pasó a través de la máscara a un caudal de aire fijo de 8 L min-1. La resistencia respiratoria se calculó midiendo la caída de presión diferencial a través del material de la máscara. La presión diferencial (DP) se expresó en Pa cm-2. Los requisitos de DP para diferentes categorías de mascarillas médicas según EN 14683:2019 se indican en la Tabla 1. BFE y DP proporcionan información valiosa para evaluar las medidas individuales de efectividad de las mascarillas. Sin embargo, la dependencia de BFE y DP proporciona un factor de calidad de filtración integral (factor Q en Pa-1) y permite una comparación más sólida entre los medios de filtración utilizando la siguiente ecuación:

Configuración experimental para la evaluación del DP conforme al método de prueba estándar EN14683:2019.

Los análisis de microscopía se realizaron utilizando un microscopio Leica DM LB con lente modelo C Plan. Las imágenes fueron tomadas con una Bresser MikroCam SP 5.0 con un aumento de 4x. Se realizó microscopía electrónica de barrido (SEM) en las superficies de las máscaras utilizando un JEOL JSM-6500F. Las muestras se montaron sobre un soporte de latón con cinta de carbono de doble cara y se recubrieron con 14 nm de oro (Quorom Q 150R ES). Las imágenes se tomaron con un voltaje de aceleración del haz de 5 keV.

El lavado se realizó con una lavadora doméstica (Candy Smart CSWS 4852DWE). Después de un enjuague y centrifugado (400 rpm), las mascarillas se secaron al aire libre. Las mascarillas se lavaron 10, 30 y 50 veces para evaluar la influencia de los ciclos de lavado. También se lavaron a 30 °C y 60 °C para investigar la influencia de la temperatura del agua y, finalmente, se utilizó un detergente comercial común para ropa (X-Tra Total 3 + 1 Trio-Caps, Henkel Ltd) para determinar la influencia de la adición de un detergente.

Los resultados del BFE y el DP de las diez mascarillas comunitarias y la mascarilla médica cuando no se utilizan se presentan en las Fig. 2a, b y en la Tabla complementaria S2 (incluidos los valores del factor Q). De acuerdo con el procedimiento estándar EN 14683:2019, solo se evaluó el material que constituye las máscaras y en este estudio no se consideran las fugas. Las líneas discontinuas horizontales representan el requisito de rendimiento EN 14683:2019; para tipo IIR (≥ 98% de eficiencia de recolección y ≤ 60 Pa cm-2 de presión diferencial), tipo II (≥ 98% de eficiencia de recolección y ≤ 40 Pa cm-2 de presión diferencial) y tipo I (≥ 95% de eficiencia de recolección y ≤ 40 Pa cm-2 presión diferencial).

(a) Eficiencia de filtración bacteriana (%) y (b) Presión diferencial (Pa cm-2) para las mascarillas médicas y las mascarillas comunitarias (valores promedio (N = 5) ± desviación estándar). CFM corresponde a Mascarillas Comunitarias, 2L corresponde a 2 capas y 3L a 3 capas.

Los resultados mostraron que todas las máscaras cumplían con el requisito de transpirabilidad para las diversas categorías de máscaras faciales médicas (tipo I, tipo II y tipo IIR), excepto una máscara facial comunitaria (es decir, CFM-B-3L) que no cumplía con una mascarilla tipo I o tipo II pero en el límite de cumplimiento de una mascarilla tipo IIR. La mascarilla médica tuvo la mayor eficiencia de filtración del 99% y cumplió con el estándar de mascarillas médicas tipo II. Hubo una variabilidad en la eficiencia de filtración de las mascarillas comunitarias con un BFE que oscilaba entre el 73 y el 97 %. Solo 2 mascarillas comunitarias (es decir, CFM-A-2L y CFM-B-3L) tenían un BFE superior al 95 %, el requisito de BFE para las mascarillas médicas Tipo I. Pero considerando todo, solo un CFM (es decir, CFM-A-2L) cumple con el requisito de mascarilla médica tipo I, porque la transpirabilidad del CFM-B-3L está muy por encima del límite de DP de 40 Pa cm-2. Finalmente, los MFM muestran un factor Q de 60,1 kPa-1 y los CFM en el rango de 12,1 a 28,4 kPa-1 (consulte la Tabla S2). Este resultado muestra claramente que se debe encontrar un compromiso entre el BFE y la transpirabilidad para fabricar. Mascarillas comunitarias con excelentes propiedades. Es decir, el principal reto técnico para los fabricantes es conseguir mascarillas comunitarias con una alta eficiencia de filtración pero sin sacrificar su transpirabilidad.

La filtración de gotas de aerosol mediante mascarilla se rige por varios mecanismos: impactación, interceptación, difusión y atracción electrostática9,23. La contribución de cada mecanismo a la eficiencia de filtración de una mascarilla depende de los materiales utilizados (diferencias estructurales porosas), el tamaño de las gotas de aerosol y las condiciones operativas (temperatura, humedad y velocidad de filtración del aire). Para gotas de aerosol > 1 µm, los mecanismos de impactación e interceptación son más importantes. Para partículas pequeñas <0,1 µm, la difusión por movimiento browniano es el mecanismo dominante. Cuando se carga el material de la máscara, las fuerzas electrostáticas contribuyen a la captura de partículas, especialmente para partículas en el rango de tamaño de partícula más penetrante (MPPS) de 0,1 a 0,5 µm (zona MPPS)24 donde ningún mecanismo es dominante. Para el tamaño de partícula promedio de 3 µm requerido para el BFE, la impactación y la interceptación son los mecanismos más dominantes.

El rendimiento de las mascarillas comunitarias está influenciado por las características del tejido, pero las características más influyentes no están claras actualmente25. Las características de la superficie del material utilizado, como la distribución del tamaño de los poros (en el rango de 113 a 981 µm para CFM) o el diámetro de la fibra (en el rango de 12 a 18 µm para CFM) son parámetros importantes que potencialmente influyen en el rendimiento de las máscaras26 . Los resultados de la distribución del tamaño de poro en CFM y MFM proporcionados en la Tabla complementaria S3 muestran perfectamente que, aunque una tendencia general obvia parece indicar que cuanto mayor es el tamaño de poro, menor es la eficiencia de filtración, es difícil hacer una correlación sólida de la eficiencia de filtración solo a partir de estos parámetros estructurales de las mascarillas—, Además, cuando se trata de eficiencia, no es solo el tamaño de los poros los responsables de capturar los aerosoles, el diámetro de la fibra también es importante, especialmente para las mascarillas hechas de tela no tejida. , como es el caso del MFM. Dependiendo del tamaño y número de poros de las mascarillas fabricadas con tejidos trenzados, el flujo de aire puede aumentar o disminuir al pasar a través de estos poros, aumentando o no la velocidad del flujo.

Las imágenes microscópicas representativas de las mascarillas comunitarias y de la mascarilla médica se muestran en la Fig. 3. Para abreviar, solo están representadas 3 de las 10 mascarillas comunitarias. Los materiales filtrantes fibrosos suelen estar compuestos de fibras dispuestas de varias maneras. En el caso de los materiales no tejidos, las fibras se orientan aleatoriamente, mientras que los materiales tejidos y de punto contienen hilos (haces de fibras) que están entrelazados entre sí27. Los poros se forman en los intersticios de los hilos de los tejidos y tejidos de punto, mientras que en los filtros no tejidos están formados por pequeños espacios entre fibras individuales27. Los espacios entre los hilos se consideraron como los poros de las mascarillas comunitarias. Aunque la forma y el tamaño de los poros en las mascarillas comunitarias no eran uniformes, intentamos extraer información cuantitativa sobre el tamaño de los poros entre hilos midiendo la dimensión más larga de cada poro entre hilos utilizando el software ImageJ. Las mediciones proporcionaron una estimación del tamaño de un poro entre hilos en cada mascarilla comunitaria: alrededor de 150 μm, 330 μm y 900 μm para CFM-A-2L, CFM-E-3L y CFM-J-3L respectivamente (Fig. .3 y tabla complementaria S3). Esto probablemente podría explicar por qué CFM-A-2L tuvo la mayor eficiencia de filtración mientras que CFM-J-3L tuvo la más baja. Las mascarillas médicas generalmente se componen de 3 capas de fibras de polipropileno no tejidas (capas hiladas, fundidas por soplado y hiladas). Se estima que el tamaño de los poros de la capa fundida de la mascarilla médica es de alrededor de 20 μm28,29. El pequeño tamaño de los poros de la capa fundida en comparación con las otras mascarillas faciales comunitarias podría explicar su mayor eficiencia de filtración.

Imágenes de microscopía óptica de la estructura microscópica de 3 mascarillas comunitarias y la mascarilla médica. (El aumento de 4× y la barra de escala roja corresponden a 100 μm). Las imágenes de microscopía óptica de todos los CFM se proporcionan en la figura S1 complementaria.

En el caso de los CFM investigados en este estudio, el número de capas de la máscara no fue el parámetro más influyente. CFM-J-3L, que es una máscara de 3 capas, tuvo el BFE más bajo, mientras que CFM-A-2L, una máscara de 2 capas, tuvo el BFE más alto. En este caso parece que la aplicación de capas de telas con un tamaño de poro muy alto no necesariamente mejora el BFE o el DP.

Según los resultados (Fig. 2), se pueden identificar 4 categorías de mascarillas:

En primer lugar, la mascarilla médica que tiene un BFE excelente (> 98 % (tipo II)) y un DP bajo (≤ 40 Pa cm-2) cumple con los requisitos de las mascarillas médicas de tipo II.

La CFM-A-2L, que tiene un buen BFE (> 95 % (tipo I)) y un DP bajo (< 40 Pa cm-2), se puede clasificar como una mascarilla médica tipo I.

La CFM-B-3L, que tiene un buen BFE (> 95% (tipo I)) pero un DP demasiado alto (≈60 Pa cm-2), no puede clasificarse como una mascarilla médica tipo I debido a su buena filtración. La eficiencia se obtuvo a expensas de malas propiedades de transpirabilidad.

Y, por último, las otras 8 mascarillas comunitarias que tenían una BFE inadecuada según los requisitos de las mascarillas médicas (70%

Para ser eficaz, una mascarilla debe filtrar las partículas y permitir que la persona respire fácilmente. La producción de mascarillas comunitarias generalmente implica un compromiso entre el BFE y el DP y, en algunos casos, tener un BFE alto tiene el costo de tener un DP alto que conduce a una baja transpirabilidad, como se observa en el caso de CFM-B-3L. Según los resultados de las mascarillas comunitarias, demostramos que es posible tener mascarillas comunitarias que funcionen de manera similar a una mascarilla médica. De hecho, de nuestro panel de 10 mascarillas comunitarias, solo 1 cumplió con los requisitos BFE y DP de una mascarilla médica de tipo I, pero no pudo alcanzar los requisitos de tipo II como las mascarillas médicas elegidas en este estudio. Las mascarillas comunitarias están hechas para ser lavadas y como esto puede alterar sus prestaciones, la siguiente parte del estudio busca evaluar la influencia de los parámetros de lavado. Solo se eligieron y compararon con la mascarilla médica las mascarillas comunitarias que respetaban el requisito BFE para un tipo I (CFM-A-2L, CFM-B-3L).

En primer lugar, centrándonos únicamente en los parámetros requeridos por la norma EN 14683:2019 (es decir, BFE y DP), debemos subrayar que no se ha probado la propiedad de ajuste facial de las mascarillas antes y después de los lavados. Se sabe que las fugas en el sello facial pueden tener una influencia más fuerte en la exposición de los usuarios a aerosoles y bacterias que la eficiencia de filtración y que la forma y el ajuste facial de una mascarilla pueden cambiar después de un lavado y centrifugado vigorosos de la mascarilla. Sin embargo, nos gustaría señalar que, por naturaleza, las mascarillas utilizadas en este estudio no están diseñadas para usarse "apretadas", a diferencia de otros tipos de mascarillas como los respiradores FFP2 o KN95. Por lo tanto, la propiedad de ajuste facial de las mascarillas médicas no es una propiedad requerida por la norma EN 14683:2019 (la mascarilla quirúrgica no está diseñada para estar perfectamente ajustada). Por lo tanto, no existe un protocolo reglamentario reconocido para medir esta propiedad en las mascarillas quirúrgicas (a diferencia del estándar para los respiradores FFP).

Para evaluar el efecto de los ciclos de lavado, las mascarillas se lavaron 10, 30 y 50 veces a 60 °C con detergente para ropa. Los resultados de BFE y DP se muestran en la Fig. 4. En el gráfico (Fig. 4b), se observa que el lavado no afectó significativamente la presión diferencial de la mascarilla médica y las mascarillas comunitarias.

Influencia de los ciclos de lavado en: (a) Eficiencia de filtración bacteriana (%) y (b) Presión diferencial (Pa cm-2) en la mascarilla médica y las mascarillas comunitarias. Valores medios (N = 5) ± desviación estándar.

En cuanto a las mascarillas comunitarias, los ciclos de lavado no impactaron de manera significativa el BFE y así lograron mantener su rendimiento hasta 50 lavados. Esto concuerda con un estudio previo de Sankhyan et al.30, quienes encontraron que las mascarillas faciales comunitarias se podían lavar 52 veces sin una pérdida significativa en la eficiencia de filtración de partículas. Para la mascarilla médica, el BFE disminuyó un 1 % cuando se lavaron las mascarillas, pero su DP se mantuvo constante hasta 50 lavados. Alcaraz et al.17 también observaron una ligera disminución en el BFE de las mascarillas médicas cuando se lavan, pero concluyeron que podían lavarse hasta 10 veces sin una mayor degradación de las propiedades de filtración o transpirabilidad. La razón de la disminución de la eficiencia cuando se lava la mascarilla médica es como resultado de la pérdida de cargas electrostáticas que se explicará en la sección “Influencia del uso de detergente en el rendimiento de las mascarillas”.

En la Fig. 5 se presentan imágenes SEM de la mascarilla médica nueva y lavada (capa fundida por soplado) y de las mascarillas comunitarias. Las nuevas mascarillas comunitarias exhibían haces de fibras (hilos) que estaban globalmente intactos con una textura relativamente suave. Después de 10 lavados, hubo cierta liberación de fibras individuales de los haces de fibras y hubo cierta deconstrucción de las fibras individuales que aumentó ligeramente después de 50 lavados (Fig. 5a, b). Sin embargo, esto no pareció afectar el rendimiento de las máscaras, ya que a pesar de la liberación y la deconstrucción, los haces de fibras permanecieron globalmente intactos. Para la mascarilla médica, muy pocas fibras fundidas exhibieron roturas (Fig. 5c).

Imágenes SEM (aumento de 200X y barra de escala corresponde a 100 μm) de: (a) CFM-A-2L, (b) CFM-B-3L, (c) capa fundida de la mascarilla médica; para las mascarillas nuevas y lavadas sometidas a un número variable de ciclos de lavado.

El efecto de la temperatura de lavado sobre el rendimiento de las mascarillas se estudió variando la temperatura a 30 °C y 60 °C mientras se mantenía el número de ciclos de lavado en 10 y se utilizaba detergente en cada lavado. Los resultados de BFE y DP para las máscaras se muestran en las figuras 6a, b.

Influencia de la temperatura de lavado en (a) Eficiencia de filtración bacteriana (%) y (b) Presión diferencial (Pa cm-2) para la mascarilla médica y las mascarillas comunitarias Valores promedio (N = 5) ± desviación estándar.

En cuanto a las mascarillas comunitarias, la temperatura no pareció influir mucho en sus prestaciones (BFE y transpirabilidad). Las imágenes SEM (ver Figura complementaria S2a,b) mostraron niveles de deconstrucción similares de las fibras lavadas, lo que se atribuye a que la máscara se lavó 10 veces en lugar de a la temperatura. Los haces de fibras estaban globalmente intactos en todos los casos.

Para la mascarilla médica, hubo una disminución en el BFE de las mascarillas lavadas en comparación con la mascarilla nueva, sin embargo, la temperatura de lavado no pareció influir en su BFE. La capa fundida de la mascarilla médica se carga electrostáticamente por efecto corona para aumentar la eficiencia de recolección de partículas. La estabilidad de la carga puede verse afectada por la temperatura. Liu et al.31 sometieron la capa de electreto fundido a tratamiento térmico a varias temperaturas en distintos momentos (1–24 h) y notaron que por debajo de 70 °C el efecto sobre la eficiencia de filtración era mínimo hasta las 24 h de tratamiento, pero cuando la temperatura se aumentó a 90 o 110 °C, la eficiencia de filtración disminuyó significativamente con el aumento del tiempo de tratamiento. Lo atribuyeron al hecho de que temperaturas más altas conducían a un mayor escape/pérdida de carga, lo que posteriormente conducía a una reducción del efecto electrostático. Las temperaturas estudiadas en este trabajo no fueron lo suficientemente altas como para afectar la estabilidad de la carga de la capa de electreto y pueden explicar por qué no hubo impacto en el BFE. Las imágenes SEM (consulte la figura complementaria S2c) también muestran que la temperatura no afectó la morfología de la fibra. Finalmente, el DP de la mascarilla médica tampoco se vio afectado por el cambio de temperatura.

Las mascarillas se lavaron 10 veces, a 60 °C con y sin detergente para determinar la influencia del uso de detergente en su desempeño. Los resultados de BFE y DP se muestran en las figuras 7a, b.

Influencia del detergente en (a) la eficiencia de filtración bacteriana (%) y (b) la presión diferencial (Pa cm-2) para la mascarilla médica y las mascarillas comunitarias. Valores medios (N = 5) ± desviación estándar.

La presencia del detergente no pareció afectar significativamente el BFE y DP de las mascarillas comunitarias. El análisis SEM (ver Figura complementaria S3a,b) también mostró que la morfología de la fibra no se vio afectada significativamente por el uso de un detergente y una vez más la deconstrucción de las fibras se atribuyó al número de ciclos de lavado. La morfología de la fibra de la mascarilla médica tampoco se vio afectada significativamente por el uso de un detergente, como se muestra en la figura complementaria S3c.

En cuanto a las mascarillas médicas, el BFE de la mascarilla lavada sin detergente fue similar al de la mascarilla nueva, pero el BFE disminuyó cuando la mascarilla se lavó con detergente. Esto muestra que la presencia del detergente es probablemente responsable de la pérdida de BFE de la mascarilla médica. Es probable que los agentes de lavado presentes en el detergente se unan a la superficie y provoquen una pérdida de cargas electrostáticas de la capa de electreto soplado en fusión32,33,34,35. Esta observación también fue destacada por Charvet et al.16 y Alcaraz et al.17. La reducción de la eficiencia se observó solo para las partículas submicrónicas (tamaño de recolección de la placa de impacto entre 1,1 y 0,65 μm), como se muestra en la Fig. 8. La impactación inercial y/o la interceptación directa son los mecanismos de captura de partículas dominantes para partículas > 1 μm, pero para las partículas submicrónicas. tamaños de partículas otros mecanismos, particularmente el mecanismo electrostático, juegan un papel importante.

Influencia de diferentes condiciones de lavado en la eficiencia de filtración bacteriana espectral (%) de la mascarilla médica Valores promedio (N = 5) ± desviación estándar.

La pérdida de efectos electrostáticos probablemente podría atribuirse a la presencia de tensioactivos catiónicos en los suavizantes de telas. Estos compuestos, en particular los esterquats, poseen excelentes propiedades antiestáticas y se utilizan para prevenir la acumulación de cargas estáticas. Por tanto, los componentes del detergente tienen ciertamente una fuerte influencia en la degradación de la eficacia de la filtración. Por tanto, la pérdida de cargas electrostáticas provocada por el detergente tiende a reducir la eficacia de filtración de las partículas submicrónicas. Charvet et al.16 y Alcaraz et al.17 imitaron la pérdida del efecto electret descargando una mascarilla médica en isopropanol. Sus resultados mostraron que la eficiencia de filtración espectral de una mascarilla descargada por inmersión en isopropanol era similar a la de una mascarilla lavada.

La reciente pandemia de COVID-19 ha provocado un aumento de la demanda del uso de mascarillas en todo el mundo. Debido a la escasez en las primeras etapas de la pandemia y las implicaciones ambientales del fin de vida de las mascarillas médicas de un solo uso, la reutilización de estas mascarillas y el uso de mascarillas comunitarias reutilizables es de interés.

Con la excepción de una mascarilla comunitaria (es decir, CFM-B-3L, que estaba en el límite de cumplimiento de una mascarilla médica tipo IIR), todas las mascarillas probadas cumplían con el requisito de transpirabilidad para las categorías de tipo I y tipo II de mascarillas médicas (es decir, DP < 40 Pa cm-2). La mascarilla médica tenía el BFE más alto del 99 % y cumplía con el estándar de mascarilla médica tipo II. Por el contrario, hubo una variabilidad en el BFE de las mascarillas comunitarias, oscilando entre el 73 y el 97%. Solo 2 mascarillas comunitarias (es decir, CFM-A-2L y CFM-B-3L) tenían un BFE superior al 95 % (valor de BFE correspondiente a un requisito de mascarilla médica tipo I). La variabilidad del rendimiento de las mascarillas, en particular de las mascarillas comunitarias, se atribuyó a las características del tejido, específicamente al tamaño de los poros.

Los resultados de las mascarillas comunitarias muestran claramente que, aunque se debe llegar a un compromiso entre el BFE y la transpirabilidad, es posible tener mascarillas comunitarias cuyo rendimiento sea similar al de las mascarillas médicas de tipo I (por ejemplo, CFM-B- 3L).

Para evaluar la influencia de los parámetros de lavado, solo se eligieron y compararon con la mascarilla médica las mascarillas que respetaban el requisito BFE para mascarillas médicas tipo I (CFM-A-2L, CFM-B-3L). Se lavaron y secaron 10, 30 y 50 veces, se lavaron a 60 °C y 30 °C, con y sin detergente.

En el caso de la mascarilla médica, aunque todavía cumple con los requisitos de BFE y DP para una mascarilla de tipo II, el lavado provocó una ligera disminución del BFE (alrededor del 1%). Se observó que la presencia del detergente fue responsable de esta disminución y que solo afectó la eficiencia de recolección de las partículas submicrónicas debido a la pérdida de cargas electrostáticas de la capa soplada en fusión. Lavar y reutilizar las mascarillas médicas puede ser una solución para abordar las implicaciones ambientales y de suministro de las mascarillas médicas durante situaciones de pandemia. Siempre que las mascarillas médicas se mantengan en buen estado y se puedan usar cómodamente, se pueden usar en entornos no médicos hasta 50 veces sin una pérdida significativa de su eficiencia de filtración bacteriana y transpirabilidad.

Para las mascarillas comunitarias, los diversos parámetros no influyeron en su BFE y DP. Aunque se observó una ligera liberación y deconstrucción de las fibras durante el análisis SEM, los hilos de fibra estaban globalmente intactos. Por lo tanto, los CFM se pueden lavar y reutilizar varias veces sin una pérdida significativa de rendimiento.

En conclusión, aunque la mascarilla médica tipo II fue la más eficiente, según nuestro panel de 10 mascarillas comunitarias, el 10% tiene un rendimiento (como nuevo y después del lavado) comparable al de una mascarilla médica estándar tipo I.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente previa solicitud razonable.

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Descargar referencias

Los autores desean agradecer al equipo técnico del Departamento de Sistemas Energéticos y Medio Ambiente (DSEE) de IMT Atlantique y al Departamento de Materiales Biológicos y Partículas Inhaladas (BioPI) de Mines Saint Etienne por toda la ayuda técnica. Agradecemos a Nicolas Curt por la fabricación de la configuración experimental de transpirabilidad. También agradecemos a Mathilde Escot por ayudar con el lavado de las mascarillas.

Los autores agradecen el apoyo financiero de Saint-Etienne Métropole y del IMT (Institut Mines-Télécom).

Mines Saint-Etienne, INSERM, U 1059 Sainbiose, Centro CIS, Universidad de Lyon, Universidad Jean Monnet, 42023, Saint-Étienne, Francia

Henrietta Essie Whyte, Lara Leclerc, Gwendoline Sarry y Jérémie Pourchez

IMT Atlantique, CNRS, GEPEA, UMR 6144, 4 rue Alfred Kastler, 44307, Nantes, Francia

Henrietta Essie Whyte, Aurélie Joubert y Laurence Le Coq

CIRI (Centro Internacional de Investigación en Infectología), Equipo GIMAP, INSERM, U1111, CNRS UMR5308, ENS de Lyon, UCB Lyon 1, Universidad de Lyon, Universidad de St-Etienne, Saint-Étienne, Francia

Pablo Verhoeven

Laboratorio de Agentes Infecciosos e Higiene, Hospital Universitario de St-Etienne, Saint-Étienne, Francia

Pablo Verhoeven

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PV y JP diseñaron los experimentos de filtración bacteriana. HW realizó los experimentos y escribió el manuscrito y todos los autores contribuyeron con la revisión del manuscrito.

Correspondencia a Jérémie Pourchez.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Whyte, HE, Joubert, A., Leclerc, L. et al. Impacto de los parámetros de lavado en la eficiencia de la filtración bacteriana y la transpirabilidad de mascarillas médicas y comunitarias. Representante científico 12, 15853 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-20354-w

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Recibido: 06 de mayo de 2022

Aceptado: 12 de septiembre de 2022

Publicado: 23 de septiembre de 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-20354-w

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