A questão das máscaras e de equipamentos de proteção pessoal (EPIs) tem causado polêmica, mas está comprovado que eles reduzem, com eficácia, a velocidade de disseminação. Agora, com o aumento exponencial do número de casos de infecções pelas variantes Ômicron BA.5 e BA.2.75, o aprimoramento da tecnologia das máscaras será crucial. A pandemia de covid revelou deficiências no processo de desenvolvimento e produção de máscaras. Entretanto, a inovação das máscaras será fundamental para reduzir a velocidade de disseminação de novas variantes do vírus.
As máscaras podem ser aprimoradas em vários aspectos, mas este artigo trata da ciência emergente da melhoria da filtração e remoção de micro-organismos.
Crescimento rápido em PI e pesquisa
O CAS Content Collection™ mostra que pesquisadores do mundo todo estão se empenhando em aumentar a eficácia das coberturas faciais. Foram publicados mais de 17.000 documentos sobre máscaras, e mais da metade deles foi publicado nos últimos dois anos (Figura 1). Deve-se ressaltar o nítido aumento na quantidade de pedidos de patente, com a China, os EUA e o Japão na liderança (Tabela 1).
Tabela 1. Distribuição de patentes relacionadas ao desenvolvimento de máscaras entre os principais países solicitantes
O que as máscaras impedem?
As gotículas respiratórias são os principais veículos de transmissão para a disseminação da SARS-CoV-2, e as gotículas com menos de 5 μm geralmente são classificadas como aerossóis. A expiração direta de partículas de aerossol e gotículas de pacientes contaminados é o modo de transmissão predominante da SARS-CoV-2. Os aerossóis ficam suspensos no ar e desempenham um papel importante na disseminação de infecções. Esse fato ressalta a importância de limitar a disseminação de aerossóis. Assim, as máscaras foram consideradas uma ferramenta importante para o controle da pandemia.
Como as máscaras funcionam hoje
É mais eficaz usar a máscara mais simples, que pode incluir apenas duas camadas de tecidos comuns, do que não usar máscara. Pode-se melhorar a eficiência da filtração referente a partículas 300 nm por meio do uso de outros tipos de tecido. Isso decorre do efeito sinérgico da filtração mecânica proporcionada pelo algodão e da filtração eletrostática realizada pela outra camada, constituída por materiais como a seda (Figura 2A).
A máscara cirúrgica de três camadas mais usada na pandemia de covid-19 é constituída por três camadas de TNT (Figura 2B). As três camadas da máscara atuam em conjunto para proteger o usuário contra partículas nocivas transmitidas pelo ar. A camada externa é à prova d'água, a intermediária filtra os patógenos e a interna captura as gotículas respiratórias. Já que o TNT é de baixo custo e fácil de produzir, a população tem fácil acesso a esse tipo de tecido.
Novos avanços para aprimorar as máscaras
Novos materiais poliméricos, certos poliestirenos e policarbonatos possibilitaram melhorias em duas áreas relacionadas às máscaras:
1. Melhores filtros: desenvolvimento de materiais para reduzir o tamanho dos poros e filtrar patógenos e pequenas partículas
2. Melhor remoção de micro-organismos: propriedades antimicrobianas aprimoradas pela aplicação de revestimentos e propriedades de autolimpeza
Melhoria da filtração
A eficácia das máscaras com filtro de ar é aprimorada pelo diâmetro das fibras, espessura da membrana e permeabilidade ao ar. Os filtros de materiais particulados atuais são feitos de fibras poliméricas ou fibra de vidro, que capturam partículas de vários tamanhos. Recentemente, foram desenvolvidos novos tipos de membranas de filtro menores que têm uma área de superfície maior. Esses filtros são mais eficientes na captura de partículas e redução da resistência do ar.
Membranas nanofibrosas poliméricas
A diminuição do tamanho das fibras a uma escala nanométrica melhora a área de superfície e a remoção de partículas. A eletrofiação é usada para produzir membranas nanofibrosas com boa transparência, alta eficiência e baixo peso. Foram criados vários tipos de membranas de nanofibras eletrofiadas a partir de diversos materiais. Essas membranas têm propriedades de superfície diferentes e podem ser usadas em máscaras de filtração de ar.
Membranas de eletretos
Devido às maiores distâncias de atração, os filtros de ar eletrostáticos são mais eficazes que as membranas passivas na captura de partículas. Três técnicas de carregamento — carregamento in situ, carregamento por corona e tribocarregamento — podem ser usadas para fabricar membranas de eletretos. Em geral, nanopartículas (como politetrafluoretileno, nitreto de silício, estearato de magnésio etc.) são utilizadas para aprimorar a carga. Vários filtros de eletretos híbridos foram desenvolvidos por meio da tecnologia de eletrofiação com carregamento in situ. Por exemplo, uma membrana eletrofiada de polietileno/polipropileno contendo estearato de magnésio apresentou um potencial superficial de 4,78 kV e uma alta eficiência de filtração de 98,94%.
Foi inventado um nanogerador triboelétrico para a remoção eficaz de particulados por meio de filtros de ar nanofibrosos. O nanogerador triboelétrico produz energia a partir de movimentos mecânicos, como o movimento humano, e é adequado para o uso em dispositivos vestíveis autoalimentados.
Uma máscara de adsorção eletrostática autoalimentada e equipada com um nanogerador triboelétrico apresentou eficiência altamente aprimorada na remoção de partículas. Este é outro filtro de ar feito de várias camadas de tecidos de nylon e politetrafluoretileno. Também é eficaz na remoção de partículas da máscara.
Melhoria na remoção de micro-organismos
Enquanto os filtros capturam partículas, os micro-organismos, como bactérias, vírus e fungos, aderem à superfície do filtro. Portanto, há necessidade de filtros de ar com propriedades antimicrobianas. Até o momento, diversos agentes antimicrobianos foram analisados para criar propriedades biocidas. Esses agentes englobam produtos naturais, nanopartículas metálicas, estruturas metalorgânicas (MOFs), grafeno e vários outros.
Certos extratos naturais apresentam alta atividade antimicrobiana devido aos flavonoides que eles contêm. Produtos naturais, como óleos de melaleuca, extratos de azeitona, semente de toranja e Sophora flavescens, foram borrifados nas superfícies de filtros poliméricos fibrosos e proporcionaram boa atividade antimicrobiana.
Novas aplicações metálicas
As nanopartículas metálicas apresentam um amplo espectro de atividades antimicrobianas. Seu mecanismo de ação bactericida inclui:
1. Atração eletrostática das nanopartículas de carga positiva pelas paredes celulares bacterianas de carga negativa, que leva à ruptura da parede celular e aumenta a permeabilidade.
2. Íons metálicos podem danificar as células ao causar a produção de espécies reativas de oxigênio (EROs), que levam ao estresse oxidativo. Esse estresse prejudica as funções celulares e acaba matando a célula.
Já que as nanopartículas de prata têm propriedades antimicrobianas, elas são usadas com frequência para dar mais eficácia às máscaras no combate à disseminação de doenças.
O cobre e o óxido de cobre têm propriedades biocidas eficazes e foram integrados a têxteis e a outros produtos com propriedades antimicrobianas e antivirais. O principal mecanismo de ação das nanopartículas de cobre é a produção de EROs durante a oxidação.
O grafeno e seus derivados têm sido amplamente explorados, pois aproveitam a sua ampla área de superfície para melhorar a atividade antimicrobiana. Um estudo recente apresentou que o revestimento com grafeno pode ser usado para aumentar a temperatura das superfícies e desativar micro-organismos. A irradiação solar gera um rápido aquecimento local, e mais de 90% das bactérias transportadas pelo ar são mortas rapidamente. Dessa forma, é possível oferecer máscaras de grafeno reutilizáveis autoesterilizantes.
Novos métodos de purificação
A purificação do ar por oxidação fotocatalítica é um processo que envolve a reação de um catalisador ativado pela luz com os poluentes orgânicos, com o objetivo de oxidá-los. Esse processo degrada os poluentes atmosféricos, transformando-os em formas atóxicas por meio da luz solar ou artificial.
Máscaras com nanopartículas de óxido de titânio (TiO2) ou óxido de zinco (ZnO) apresentaram uma filtração eficaz. Foi constatado que a máscara feita de tecido de poliéster revestido com nanopartículas de ZnO reduziu em 98% a quantidade de bactérias na superfície.
Filtros de ar multifuncionais, que removem simultaneamente partículas e micro-organismos, mostraram-se eficazes. Recentemente, foi criada uma membrana nanofibrosa de PTFE envolta em nanobarras de Ag/ZnO, que apresenta uma atividade antimicrobiana excelente contra a Escherichia coli (E. coli).
Outro filtro de ar foi feito de nanotubos de carbono e nanopartículas de prata, em que os nanotubos preenchem os poros do filtro. O carregamento com nanopartículas de prata na alta área de superfície dos nanotubos de carbono aumenta a eficiência antimicrobiana.
Filtros de estruturas metalorgânicas
Estruturas metalorgânicas (MOFs) são materiais cristalinos porosos coordenados para formar ligantes orgânicos multidentados. São filtros excelentes por causa da alta porosidade e do tamanho ajustável dos poros.
Por exemplo, a incorporação de nanocristais de estruturas de imidazolato zeolítico 8 (ZIF-8) em membranas de poliamida eletrofiada aumentou significativamente a eficiência de filtração dos filtros. Os filtros baseados em MOF podem ter vários substratos, como malhas plásticas ou TNT. Esses filtros têm um bom desempenho na remoção de partículas.
De olho no futuro
As máscaras são um meio eficaz de reduzir a velocidade de disseminação de vírus respiratórios, como as variantes Ômicron BA.5 e BA.2.75. As novas tecnologias e avanços na filtração e remoção de micro-organismos por meio de máscaras serão fundamentais para reduzir a velocidade de futuras disseminações e variantes.
Saiba mais sobre variantes da covid-19, como a BA.5, e veja como uma abordagem mais abrangente, com vacinas, terapias e máscaras, pode nos ajudar a obter uma imunidade sustentada.