Mejores mascarillas son posibles: aquí hay algunos diseños ganadores

Una competencia de dos partes tiene como objetivo generar innovación y conectar a los grupos que intentan rediseñar máscaras de alta calidad que protegen contra COVID

Las máscaras de alta calidad llamadas respiradores, como N95 y KN95, ofrecen una fuerte protección contra la propagación de COVID-19. Pero cuando se trata de comodidad y conveniencia, ciertamente hay espacio para mejorar. Las mascarillas empañan las gafas. Usarlos durante horas puede resultar sudoroso e incómodo (especialmente en el calor húmedo del verano). La eficacia puede variar mucho entre las marcas. Y cuando las personas se cubren la mitad de la cara, es más difícil leer las expresiones faciales e interactuar socialmente.

Esta semana, un proyecto llamado Mask Innovation Challenge anunció a los 10 finalistas en una competencia de alto premio que tiene como objetivo apoyar a los innovadores que trabajan en las máscaras del futuro y conectar a estos grupos entre sí.

"Realmente queríamos ayudar a apoyar la innovación para proteger al público estadounidense de las emergencias de salud pública del futuro", dice la científica de salud Kumiko Lippold, gerente de desafíos del proyecto. "Juntos, realmente queríamos crear algo que fuera cómodo, que pudieras usar durante mucho tiempo e idealmente no darte cuenta, y que también brindara una protección superior y excepcional que se basa en evidencia para que las personas entiendan lo que están usando y por qué. lo están usando y querrían usarlo".

El Mask Innovation Challenge está a cargo de Lippold y sus colegas de la División de Investigación, Innovación y Empresas (DRIVe), parte de la Autoridad de Investigación y Desarrollo Biomédico Avanzado (BARDA) del Departamento de Salud y Servicios Humanos de EE. UU. Después de que se lanzó la competencia en marzo de 2021, llegaron casi 1,500 presentaciones rápidamente. Para reducirlas a 40 finalistas y 10 ganadores, el equipo de Lippold y algunos expertos reclutados como jueces analizaron cuatro criterios. Primero, la entrada tenía que parecer factible de bloquear virus y funcionar en situaciones del mundo real. En segundo lugar, tenía que ser innovador. En tercer lugar, tenía que abordar problemas como el empañamiento o la incomodidad, que provocan que los usuarios reajusten constantemente su mascarilla. Finalmente, tenía que tener un diseño fuerte que hiciera que la gente quisiera usarlo.

Los 10 diseños ganadores variaron ampliamente. La mayoría provino de nuevas empresas, algunas se originaron en universidades y un par fueron enviadas por grandes empresas, incluida Amazon. Con ciertas máscaras, la innovación residía en nuevos materiales. Una entrada de la Universidad de Georgetown utiliza espumas metálicas ligeras y transpirables que filtran los contaminantes con poros diminutos. Una empresa nueva llamada 4C Air creó un filtro semitransparente para que su máscara transparente BreSafe sea transparente. Otros participantes experimentaron con nuevos métodos de fabricación y ajuste. El fabricante de jeans Levi Strauss desarrolló un diseño de respirador de bajo costo que, según la compañía, cualquier productor de prendas puede fabricar, mientras que la empresa emergente Air Flo Labs utiliza escaneos faciales tridimensionales para garantizar que su Flo Mask Pro se adapte a la cara del usuario. Algunas entradas se abrieron paso al repensar los elementos de diseño. Estos incluyeron la máscara Airgami de la empresa emergente Air99, que incorpora pliegues tipo origami para extender el filtro de la cubierta sobre un área de superficie más grande, lo que facilita la respiración.

Pero Lippold y su equipo no habían terminado. Los ganadores de este conjunto inicial fueron designados como Fase 1 del concurso, y llevaría unos meses diseñar una nueva estructura para la Fase 2. "No solo queríamos hacer de la Fase 2 un ejercicio similar a la Fase 1. realmente quería crear algo que pudiera satisfacer las necesidades de los innovadores", explica Lippold. "E hicimos esto comprometiéndonos con [el público en general y] las pequeñas empresas a lo largo del tiempo solo para comprender realmente lo que necesitan".

Para la Fase 2, DRIVe reabrió el concurso: los ganadores de la Fase 1 podían volver a postularse, pero también los nuevos participantes, y los criterios de desempeño fueron mucho más altos esta vez. "Lo hemos estructurado de una manera que realmente impulsó a los innovadores a lograr cambios muy revolucionarios con sus productos", dice Lippold. "No buscábamos mejoras incrementales. Buscábamos cosas que realmente fueran a mover la aguja". En esta fase, el equipo de DRIVe se asoció con dos organizaciones gubernamentales, el Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, para realizar repetidas pruebas de laboratorio de la eficiencia de filtración, la transpirabilidad y el ajuste de las entradas.

Luego, las organizaciones proporcionaron los resultados a los competidores, brindándoles oportunidades para renovar y mejorar sus diseños. "Recibí comentarios muy positivos de los finalistas", dice Matthew Staymates, ingeniero mecánico y especialista en dinámica de fluidos del NIST. Mientras que NIOSH realizó pruebas cuantitativas, como medir el porcentaje de partículas capaces de atravesar el material y llegar al usuario, Staymates se centró en mediciones más cualitativas. Por ejemplo, usando una técnica de imágenes que hace visible el flujo de aire, se grabó a sí mismo respirando, hablando y tosiendo mientras estaba desenmascarado o usando el prototipo de un participante del desafío.

Staymates también se grabó a sí mismo con una cámara infrarroja, que detecta el aire caliente en una exhalación, para demostrar cuánto del área de la máscara filtraba activamente su respiración. Y no fue el único conejillo de indias: también probó las máscaras en maniquíes hechos a medida que "respiran" como un humano pero emiten niebla visible en lugar de aire transparente. "Lo que me encantó de esto es que es una imagen fácil de entender que confirma lo que muestran los datos cuantitativos de NIOSH", dice Staymates. "Y estos [prototipos de máscara] fueron fantásticos. Están bloqueando aproximadamente el 98, 99 por ciento de las gotas que salen del maniquí".

Esta semana, BARDA nombró a los 10 finalistas de la Fase 2. De los 10 ganadores de la Fase 1, solo los cinco descritos anteriormente formaron parte de la lista corta. Los cinco nuevos finalistas incluyen tres diseños transparentes o semitransparentes: ClearMask, CrystalGuard y Matregenix Mask. También está la ReadiMask sin correa, que utiliza un adhesivo diseñado para que la piel se adhiera directamente a la cara del usuario y así evita fugas de aire y empañamiento. Y el quinto nuevo finalista es la máscara Smart, Individualized, Near-Face, Extended Wear (SINEW), que ni siquiera toca la cara. En su lugar, utiliza fuerzas electrostáticas para evitar que las partículas se acerquen a la nariz y la boca del usuario.

Estos finalistas se someterán a una ronda final de pruebas en septiembre, dice Lippold. En octubre, el equipo de DRIVe anunciará dos ganadores, cada uno de los cuales recibirá $150 000, y dos finalistas, cada uno de los cuales se llevará a casa $50 000. Pero Lippold ya considera que el desafío fue un éxito. "Hasta cierto punto, ya hemos logrado nuestro objetivo, que es ayudar a crear una comunidad de innovadores con ideas afines que solo quieren ayudar a otras personas", dice. "Ese era un objetivo no dicho. Pero queríamos ayudar a inspirar y apoyar la aceleración de diseños realmente novedosos, y creo que lo logramos para la Fase 1".

Su resultado ideal para la siguiente fase sería ayudar a los finalistas a lograr la autorización reglamentaria, como la certificación N95 de NIOSH o la aprobación de la Administración de Alimentos y Medicamentos. "Al brindar la oportunidad de realizar pruebas y evaluaciones, ayudamos a respaldar la generación de evidencia basada en estas máscaras y cómo funcionan", agrega Lippold.

"El Mask Innovation Challenge es bueno para impulsar nuevos diseños e innovaciones y hacer que nuevas personas se involucren en pensar en cómo hacer buenos N95", dice Linsey Marr, experta en aerosoles de Virginia Tech, que no participó en la competencia. "Queremos que sea lo más fácil posible para las personas usar máscaras de buena calidad porque son una de las herramientas más fáciles, rápidas y económicas que podemos usar para protegernos contra el COVID-19 y otras enfermedades. Y no son específicas para ninguna". variante particular, sirven para todo".

sophie bushwick es editor asociado que cubre tecnología en Scientific American. Síguela en Twitter @sophiebushwick Crédito: Nick Higgins

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