“We had three objectives: the first and most important was to find materials for protective masks that we trusted enough to let our families wear,” said Giuseppe Sala, who coordinated the testing of materials sent to Politecnico following a call by the Region of Lombardy, with the aim of finding the best ones to make face masks that protect against the Coronavirus.

The university’s first task was to find proper materials and its second was to find both raw material suppliers and manufacturers that could make the masks, basically building the entire production chain. “We found about fifty reliable companies. We were able to build a production chain that could manufacture 7.5 million masks a day, which was enough for the needs of Lombardy.”

Testing began in early March and involved about thirty researchers in the laboratories of Fluid Dynamics, Technical and Filtration Physics, Bioengineering and Space Propulsion.

THE FIVE TESTS

The fundamental requisite to say a mask offers effective protection against the virus is if it can filter 95% of particles and still allow for breathing. Most fabrics are woven and, thus, statistically allow particles to penetrate in between the warp and weft. Electronic microscope tests showed that the only appropriate fabrics were made of polypropylene or polyester microfiber. The weave of these fabrics is chaotic; therefore, particles cannot get through easily. While, from a fluid dynamics point of view, air can pass through. The second test was a drop in air pressure, which tells us if and how much a mask can stop air flow. The third test was for particle filtration efficiency (PFE): an aerosol spray made up of droplets was aimed at the material to see how much got through. The fourth test was for bacterial filtration efficiency: a bacterial culture was added to the aerosol. After 48 hours, we assessed the growth of culture that had passed through the fabric. The last test was for splash resistance, which measured how resistant the fabric was to a jet of fluid.

“We received all types of materials, including vacuum cleaner bags and masks that were knitted or made from cardboard. Over 1,800 samples,” of which only a dozen were successful.

What are our next objectives? Develop techniques to dispose of or sanitize and reuse these masks, which are now being used at a rate of hundreds of millions per day.

VERSIONE ITALIANA

“Avevamo 3 obiettivi: il primo e più importante era quello di trovare materiali per mascherine di protezione di cui ci saremmo fidati al punto da farle indossare alle nostre famiglie” commenta Giuseppe Sala, che ha coordinato i test dei materiali arrivati al Politecnico in seguito alla call di Regione Lombardia, con l’obiettivo di identificare quelli adatti al confezionamento delle mascherine di protezione dal Coronavirus.

L’Ateneo ha avuto in prima istanza il compito di identificare i materiali idonei; in secondo luogo, di identificare produttori di materia prima e le aziende in grado di eseguire il confezionamento, costruendo in sostanza una intera filiera di produzione. “Abbiamo identificato una cinquantina di aziende che possono essere coinvolte. Siamo riusciti a definire una catena di produzione in grado di confezionare 7,5 milioni di mascherine al giorno, sufficiente per il fabbisogno della Lombardia”.

I test sono partiti all’inizio di marzo hanno coinvolto una trentina di ricercatori nei laboratori di Fluidodinamica, di Fisica tecnica e filtrazione, di Bioingegneria e di Propulsione spaziale.

I CINQUE TEST

Il requisito fondamentale per dire che una mascherina è efficace nella protezione dal virus è un filtro almeno al 95%, che però consenta la respirabilità. La maggior parte dei tessuti sono ordinati e quindi tra trama e ordito la particella trova statisticamente lo spazio per penetrare. Il test al microscopio elettronico ha evidenziato che gli unici tessuti idonei sono quelli composti di microfibre di polipropilene o poliestere. La struttura della trama di questi tessuti è caotica, quindi le particelle non passano facilmente, invece da un punto di vista fluidodinamico l’aria riesce a passare. La seconda prova è quella della caduta di pressione e ci dice se e quanto la mascherina sia in grado di fermare un flusso. La terza prova testa il PFE: si dirige attraverso il materiale un aerosol fatto di droplet e si misura quanto ne lascia passare. La quarta prova misura la “battery filtration efficiency”: l’aerosol è addizionato con una coltura batterica. Dopo 48 ore, si valuta l’accrescimento della coltura che è riuscita a attraversare il tessuto. L’ultima prova è la splash resistance, misura la capacità del tessuto di resistere a un getto di fluido.

“Abbiamo ricevuto di tutto: dai sacchetti da aspirapolvere, a mascherine fatte di maglia, a quelle fatte di cartone. Oltre 1800 campioni”, di cui alla fine sono stati promossi solo una dozzina.

I prossimi obiettivi? La messa a punto di tecniche di smaltimento e, anche, di sanificazione e recupero di queste mascherine, che oggi vengono consumate al ritmo di centinaia di milioni al giorno.

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