¿Podrían los diseños de superficies antivirales ayudar a reducir la propagación del SARS-CoV-2?


Ahora es ampliamente conocido que el síndrome respiratorio agudo severo coronavirus 2 (SARS-CoV-2), que es el agente causante de la enfermedad por coronavirus 2019 (COVID-19), se propaga a través de gotitas respiratorias. La persistencia del aerosol en el medio ambiente determina en gran medida el éxito de la transmisión viral.

Además, las gotitas cargadas de virus también pueden depositarse en varias superficies formando una fomite. Si bien el uso de máscaras y el mantenimiento de las distancias sociales ayudan a mitigar la propagación del virus, las superficies comunes que tocamos contribuyen a esta fuente secundaria de transmisión viral.

Cuando una gota respiratoria de una persona infectada con COVID-19 o un portador asintomático cae sobre una superficie, es muy potente para la transmisibilidad. Aunque aproximadamente el 99% del líquido se evapora de la gota, queda una fina capa de humedad que mantiene viable al virus. Si bien el saneamiento frecuente o la aplicación de plasma atmosférico frío (CAP) en las superficies puede inactivar el SARS-CoV-2, reduciendo así el riesgo de infección a través de la ruta de fomite, estos métodos suelen ser inconvenientes.

Estudio: Diseño de superficies antivirales para suprimir la propagación de COVID-19.  Haber de imagen: Kateryna Kon / Shutterstock

Identificación de superficies para reducir la deposición viral

En un esfuerzo por mejorar los métodos de descontaminación de superficies, investigadores del Instituto Indio de Tecnología (IIT) de Bombay analizaron la fabricación de superficies con propiedades virucidas. Más específicamente, estos científicos investigaron las propiedades de la superficie que podrían prevenir la supervivencia de los virus en estas superficies, particularmente el SARS-CoV-2.

El estudio del equipo, que se publicó recientemente en Física de fluidos, demostró cómo se puede acelerar la tasa de evaporación de las películas delgadas residuales en las superficies ajustando la humectabilidad de las superficies y creando microtexturas geométricas sobre ellas.

Con este fin, los investigadores identificaron el rango óptimo para la humectabilidad intrínseca y la rugosidad de las superficies. Las superficies que exhiben estas propiedades se asociaron con la tasa de evaporación de película delgada más rápida y, como resultado, los efectos virucidas más propicios.

En términos de física, la energía interfacial sólido-líquido se mejora mediante una combinación de nuestra ingeniería de superficie propuesta y el aumento de la presión de separación dentro de la película delgada residual, lo que acelerará el secado de la película delgada “.

Sanghamitro Chatterjee, autor principal y becario postdoctoral en el departamento de ingeniería mecánica.

Hallazgos del estudio

La dinámica de la gota decide la transmisibilidad del virus. Estas propiedades influyentes de las gotitas incluyen la velocidad de evaporación, la escala de tiempo de secado, la pérdida de volumen de la gotita respiratoria, así como el tiempo de desintegración de la concentración del virión.

En su artículo, los investigadores explicaron que, si bien la evaporación de la gota a granel depende de la difusión de líquido-vapor, la evaporación de la película delgada residual se rige por la presión disjunta. La evaporación de la película delgada residual es mucho más lenta que la evaporación de las gotas.

Dado que la vida útil de la película delgada residual contribuye a la parte máxima del tiempo de supervivencia del virus, los investigadores se centraron en las formas en que se puede acelerar la tasa de evaporación de la película delgada residual y posteriormente analizaron el tiempo de supervivencia del virus en estas superficies modificadas.

Un estudio anterior realizado por el mismo grupo de investigadores demostró que la tasa de evaporación de la película delgada residual es mucho más rápida en superficies porosas que en superficies impermeables, lo que hace que esas superficies sean menos susceptibles a la supervivencia del virus. Se cree que esta viabilidad reducida de los virus se debe a la presencia de fibras y espacios vacíos orientados horizontalmente, que alteran el área interfacial sólido-líquido (SL) eficaz y posteriormente inducen una presión disjunta aumentada que surge dentro de la película delgada.

Motivados por este estudio, los investigadores del IIT analizaron el secado de una gota respiratoria y su película delgada residual en superficies de textura física con humectabilidad variable. Después de estas observaciones, los investigadores se sorprendieron al descubrir que al adaptar la humectabilidad y acoplarla con la textura de la superficie se lograron superficies antivirales.

Adaptar continuamente cualquiera de estos parámetros no lograría los mejores resultados “, dijo Amit Agrawal, coautor.” El efecto antiviral más conductor se encuentra dentro de un rango optimizado de humectabilidad y textura “.

Los investigadores experimentaron para encontrar la condición óptima de humectabilidad y rugosidad de la superficie en la que la velocidad de secado es la más alta y, como resultado, la viabilidad del virus sería la más baja. Adaptaron estos factores para lograr los máximos efectos viricidas en las superficies en el contexto del SARS-CoV-2.

Perspectiva del futuro

Nuestro trabajo actual demuestra que es posible diseñar superficies anti-COVID-19 “, dijo Janini Murallidharan, coautora.” También proponemos una metodología de diseño y proporcionamos los parámetros necesarios para diseñar superficies con los tiempos de supervivencia de virus más cortos “.

Los conocimientos de este estudio son útiles para avanzar en el conocimiento fundamental en el campo de la dinámica de evaporación de películas delgadas residuales, así como el efecto combinado de la humectabilidad y la textura de la superficie sobre estas propiedades.

Además, este estudio proporciona datos importantes que podrían hacer avanzar la fabricación de superficies con propiedades virucidas. El desarrollo de estas superficies podría ser particularmente útil para mitigar la propagación del SARS-CoV-2 a partir de equipos de laboratorio médicos y patológicos contaminados.

En el futuro, nuestro modelo puede extenderse fácilmente a enfermedades respiratorias como la influenza A, que se propaga a través de la transmisión de fómites “, dijo Rajneesh Bhardwaj, coautor.” Dado que analizamos los efectos antivirales mediante un modelo genérico independiente de la geometría específica de la textura , es posible fabricar cualquier estructura geométrica basada en diferentes técnicas de fabricación (haces de iones enfocados o grabado químico) para lograr el mismo resultado “.

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