Mascherine in tessuto al microscopio: le immagini impressionanti che mostrano quali funzionano meglio

Un team di ricercatori ha osservato da vicino la struttura delle mascherine che indossiamo sempre a livello microscopico.

Intrecci, fili, grovigli e nodi: le mascherine in tessuto che ormai utilizziamo tutti i giorni, se viste al microscopio, offrono un caleidoscopio di immagini strabilianti.

Un team di ricercatori del National Institute of Standards and Technology (NIST) ha osservato da vicino la struttura delle fibre, i meravigliosi intrecci, a livello microscopico, delle mascherine che indossiamo ogni giorno. Lo scopo era quello di fornire agli scienziati importanti informazioni sulle proprietà di filtraggio delle particelle di diversi tessuti.

Ma quello che è venuto fuori è un mondo bello, strutturato e intessuto che ormai teniamo proprio sotto ai nostri occhi.

Mascherine di poliestere

Il poliestere è un materiale sintetico che, come molti tessuti, è costituito da singole fibre raggruppate in filati e poi intrecciate insieme. Questa immagine (SOPRA) mostra le forme in sezione trasversale delle singole fibre. I ricercatori hanno utilizzato immagini come questa per misurare la larghezza delle singole fibre, una variabile chiave che influisce sulla filtrazione delle particelle. L’intera barra della scala in questa immagine è larga 125 μm, o milionesimi di metro, un po’ più larga di un capello umano medio.

Gli aerosol che potrebbero contenere il coronavirus variano di dimensioni, ma quelli più piccoli potrebbero essere un centesimo della larghezza delle fibre in questa immagine e alcuni sono anche più piccoli. Le mascherine di tessuto non catturano tutti questi piccoli aerosol, ma ne catturano molti, il che rallenta la diffusione della malattia.

Mascherine di cotone

Questa immagine (SOPRA) mostra la sezione trasversale di una flanella di cotone e la sua trama. Oltre a misurare la larghezza delle singole fibre, i ricercatori hanno utilizzato immagini come questa per misurare lo spessore dei tessuti, un’altra importante variabile che influenza la loro capacità di filtrare le particelle.

Oltre a misurare queste variabili microscopiche, i ricercatori hanno anche misurato le prestazioni di filtrazione dei tessuti. Ciò ha permesso loro di capire come queste variabili influenzano la filtrazione e come funzionano le maschere a livello microscopico.

©NIST

Questa immagine (SOPRA) mostra viste dall’alto verso il basso della flanella di cotone (a sinistra) e del poliestere (a destra). La trama della flanella di cotone è nascosta sotto una rete disorganizzata di fibre incrociate. Queste fibre rialzate rendono la flanella morbida al tatto. Al contrario, le fibre del poliestere sono molto organizzate e consistenti.

I ricercatori del NIST ritengono che le flanelle di cotone siano filtri particolarmente buoni in parte a causa della disposizione caotica delle loro fibre. Ciò aumenta la possibilità che un aerosol che passa attraverso il tessuto si scontri con una fibra e si attacchi ad essa.

Questa immagine (SOPRA) mostra le singole fibre di flanella di cotone. Quando respiri attraverso una maschera, l’aria scorre intorno a queste fibre e gli aerosol vengono trascinati. Gli aerosol possono essere molto piccoli, ma hanno una certa massa. Mentre l’aria “si attorciglia” attorno alle fibre, alcuni degli aerosol non possono girare abbastanza velocemente e frantumarsi e attaccarsi a loro.

Viste da vicino, le fibre di cotone presentano pieghe su pieghe. Ciò aumenta la quantità di superficie su cui può aderire un aerosol. Inoltre, le fibre di cotone sono idrofile, amano l’acqua: assorbendone piccole quantità dal respiro di una persona, le fibre di cotone creano un ambiente umido all’interno del tessuto. Quando le particelle microscopiche passano, assorbono parte di questa umidità e diventano più grandi, il che le rende più probabilità di rimanere intrappolate.

Questa di poliestere (SOPRA) vista dall’alto verso il basso mostra come le fibre rimangono ben raggruppate.

Le fibre di poliestere sono prodotte utilizzando un processo chiamato “estrusione”, in cui la materia prima polimerica viene schiacciata attraverso un’apertura, come gli spaghetti che escono da una macchina per la pasta. Ciò fa sì che le fibre abbiano un profilo di sezione trasversale coerente e, in questo caso, un esterno liscio con una superficie inferiore rispetto alle fibre di cotone.

Mascherine in rayon

Alcuni tessuti sono più difficili da classificare. Il rayon è considerato sintetico, ma è derivato dalle piante. Per crearlo, i produttori trattano il materiale vegetale come il bambù con sostanze chimiche. Questo rilascia una fibra vegetale chiamata cellulosa, che viene poi ristrutturata in un materiale morbido ed estrusa in fibre di rayon. Il risultato è un materiale ibrido. Le fibre sono idrofile, come molti materiali naturali, ma hanno una forma a sezione trasversale, come molti sintetici. Tuttavia, i tessuti di cotone sono filtri molto migliori del rayon.

Mentre il cotone è il migliore per le maschere in tessuto utilizzate dalla maggioranza delle persone, concludono gli scienziati, le maschere per uso medico hanno una storia diversa. Questa immagine (SOPRA) in falsi colori mostra una sezione trasversale di uno strato di una maschera per respiratore N95, incluso il materiale filtrante, mostrato in viola, e il materiale protettivo attorno ad esso. Questa struttura a strati si ripete per una maggiore protezione. Il materiale filtrante è ottenuto fondendo e poi soffiando ad aria polipropilene, un tipo di plastica, in una rete abbastanza caotica. Le fibre sono molto più piccole e hanno una superficie molto maggiore rispetto alle fibre di cotone, motivo per cui questo è un materiale filtrante particolarmente efficace.

Fonte: NIST

Leggi anche: Mascherine FFp3: differenze con le FFp2, quanto durano e sono riutilizzabili?