Imprimir material sanitario “seguro” frente a #Covid19

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Imprimir material sanitario “seguro” frente a #Covid19

En [artefactos] estamos trabajando sin descanso para diseñar y desarrollar dispositivos que garanticen protección frente a Covid 19. Nuestro grupo conformado por profesionales del área de la salud, ingeniería, diseño y muchas otras especialidades, colaboramos de manera interdisciplinar aportando de forma voluntaria nuestro tiempo para generar soluciones, seguras en base a resultados científicos, anteponiendo como premisa garantizar la protección de la salud y la vida de las personas, a lo largo de todo el proceso, especialmente de aquéllas que han de utilizar el personal médico y de enfermería que se exponen directa y diariamente a la enfermedad.

Vemos con admiración la gran cantidad de iniciativas de personas que están fabricando equipos de protección individual (EPIs) sanitarios en todo el mundo, y sentimos que es de responsabilidad destacar los riesgos y beneficios de este tipo de fabricaciones, como resultado de nuestras investigaciones, pruebas y experiencias, ya que tal vez así podremos ayudar a que los recursos humanos y materiales (filamento, telas y tejidos) sean mejor aprovechados y garanticen realmente la protección ante el Covid 19.

De ahí que gran parte de nuestros esfuerzos se hayan dirigido a encontrar los materiales adecuados para ayudar de la manera correcta, porque son las vidas humanas lo que se esta poniendo en riesgo.

A continuación trataremos de resumir  los resultados de nuestras investigaciones sobre el uso de tejidos e impresiones 3D para EPIs, junto con algunas recomendaciones  para ayudar a imprimir de forma segura:

Sobre los respiradores

Para filtrar el aire e inhibir el virus no se puede usar cualquier tela.  La capacidad de filtrado de partículas de materiales comunes es de 1 micra, que son 1000 nanómetros. La máxima capacidad de filtrado la ofrecen las mascarillas quirúrgicas, que pueden retener hasta el 97% de partículas de 1 micra (o 1000 nanómetros) de diámetro.

Investigaciones científicas elaboradas en China (Chen, Zhou, Dong et al., 2020) revelan que el tamaño del virus SARS-CoV-2, causante de la enfermedad Covid 19, mide entre 50 y 200 nanómetros de diámetro.  Por lo tanto, el virus es mucho más pequeño de 1 micra y puede traspasar incluso la protección de las mascarillas quirúrgicas.

Es por esto que los médicos necesitan una mayor protección que las mascarillas quirúrgicas y  debemos alertar de que otras mascarillas elaboradas con tela, que tiene incluso menos capacidad de filtración ofrecen escasas garantías de protección frente al virus.

Porcentaje de filtración de partículas de un 1 micrón
Fuente: Smart Filters

¿Qué sirve entonces como mascarilla?

Para fabricar mascarillas de uso sanitario solo protegen filtros homologados. Tanto la OMS como el Ministerio de Sanidad recomiendan el uso de mascarillas con un nivel de filtrado de al menos FFP2 (o N95, según la normativa norteamericana) para procedimientos de aislamiento o con posible generación de aerosoles infecciosos.

El material que se usa en los filtros FFP2 o FFP3 es “tejido no tejido” o “tejido sin tejer” en los que se usa polipropileno poroso o electrostático, pero para mayor seguridad se recomienda verificar la ficha técnica del producto que garantiza que se ha probado según la normativa europea.

En principio, la recomendación de las autoridades sanitarias recomiendan utilizar filtros FFP2 o FFP3 pero ante los problemas de escasez, la alternativa más rápida, a día de hoy, son los filtros HEPA (High Efficiency Particulate Air​), que pueden remover hasta el 99.97% de las partículas mayores a 0.3 micras y que se tienen disponibles en varios hospitales españoles.

Es decir, el personal que está expuesto al virus debe usar respiradores, mascarillas o máscaras con tejidos o filtros de tipo FFP2 o FFP3, los cuales tienen una eficiencia de filtración de 95% para partículas de 0,3 micras de diámetro y que por lo tanto serían eficaces frente al nuevo coronavirus, que “se transmite principalmente por las gotas respiratorias de más de 5 micras”, según el Ministerio de Sanidad.

¿Protege una pieza impresa en 3D de la Covid 19?

La porosidad y la sencillez del diseño, factores claves para la seguridad. Al fabricar piezas de EPI’s impresas con tecnología FDM (o fabricación por filamento fundido) conviene extremar precauciones porque, en general,  las piezas impresas suelen tener superficies irregulares, fracturas y poros a través de los cuales se pueden filtrar virus y bacterias, de ahí que sean pocos los materiales autorizados para uso médico y alimentario.

La porosidad de los plásticos impresos en 3D es alta y varía dependiendo de las configuraciones y las máquinas que se usen. Por ejemplo, en este estudio de Gordeev et al. (2018) la porosidad del PLA estuvo entre 10 y 20 micras, y en este otro de Guessasma et al. (2019), el PETG tuvo alrededor de 80 micras entre filamentos adyacentes. Recordemos que 1 micra son 1000 nanómetros y que un virus SARS-CoV-2 mide entre 50 y 200 nanómetros, es decir, el virus es muchísimo más pequeño.

Experimentación con distintos materiales, estructuras internas y parámetros.

Las piezas con superficies irregulares y huecas por dentro son un espacio para la acumulación de virus y bacterias, más si estas se combinan con el sudor de una persona, que usa los EPIs trabajando durante varias horas. Además, materiales como el PLA y el PETG no pueden ser esterilizados por el calor, así que se recomienda que se usen piezas como pantallas externas de un sólo uso.

Igualmente, se debe tener en cuenta que la pieza se ajuste bien a la cara (en China llenan los espacios entre la nariz con algodón y luego los pegaban con cinta adhesiva lo cual se ve bastante incómodo en el min 1:34 de este vídeo) y como alternativa a esto, nosotros usamos materiales flexibles de Recreus, pero igualmente no todo puede ser impreso de esta manera, por la nanoporosidad de la que hablamos anteriormente.

¿Qué soluciones estamos aportando?

Actualmente estamos estudiando diferentes opciones empleando distintos materiales en el proceso de fabricación aditiva y ensayos, experimentación con resina Epoxi sobre la pieza teniendo en cuanta una resistencia de 180°C en esterilización y post-tratado de la pieza con E-Rigid PU.

También estamos analizando distintas técnicas de control de la impresión para reducir la porosidad al máximo, tal cómo imprimir con paredes de varios perímetros, utilizar relleno del 100%, imprimir a temperatura alta, sobre-compactar la pieza, mejorar la estanqueidad, hacer las piezas de ABS y alisar la superficie exterior con acetona, o incluso, usar filamento sanitario aunque no es tan fácil de conseguir y tiene precios altos.

Igualmente, tenemos la posibilidad de imprimir piezas con tecnología SLS (Selective Laser Sintering) que resultan ser menos porosas aunque que no pueden ser esterilizadas.

Lógicamente, también tenemos en cuenta el uso de matricería e inyección, dado que desarrollar la impresión 3D con escalabilidad industrial, en este momento ofrece una respuesta rápida y segura a las personas que necesitan EPIs en todo el mundo.

Desde [artefactos] seguiremos investigando, experimentando y publicando nuestros avances. Esperamos que puedan ser útiles para todas aquéllas personas que están trabajando en la creación de elementos de protección, a quienes alentamos a trabajar manteniendo los parámetros de seguridad. Por último, les invitamos a colaborar aportando ideas o recomendaciones porque #EsteVirusLoParamosEntreTodos.

Referencias:

Dietz, Horve, Coil, Fretz & Wymelenberg. (2020). 2019 Novel Coronavirus (COVID-19) Outbreak: A Review of the Current Literature and Built Environment (BE) Considerations to Reduce Transmission. Preprints. 10.20944/preprints202003.0197.v1.

Gordeev, E., Galushko, A. & Ananikov, V. (2018). Improvement of quality of 3D printed objects by elimination of microscopic structural defects in fused deposition modeling. PLOS ONE. 13. 10.1371/journal.pone.0198370.

Guessasma, S., Belhabib, S., & Nouri, H. (2019). Printability and Tensile Performance of 3D Printed Polyethylene Terephthalate Glycol Using Fused Deposition Modelling. Polymers. 10.3390/polym11071220

Fuente Smart Filters

2 comentarios en “Imprimir material sanitario “seguro” frente a #Covid19

  1. Me interesaría saber si conocéis algún método para reducir la porosidad del PLA (en este caso). Estoy imprimiendo un adaptador para mascaras de buceo que la une con un filtro, pero… mi impresora es de PLA. La unión de mascara + filtro se hace con la pieza de PLA. Mi pregunta es ¿esa pieza no sirve de nada debido a su porosidad? ¿Correcto? ya que las particulas entrarian igualmente

    1. Buenas Javier, desde artefactos solo recomendamos el uso de este adaptador mediante un sistema de fabricación supervisada por un/a ingeniero/a y con sistema de fabricación controlados, que permita la calidad necesaria para el uso de protección sanitaria que se le pretende dar a este adaptador.

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