Científicos e ingenieros de la Universidad de Granada (UGR) han desarrollado y evaluado una mascarilla FFP2 inteligente, que avisa al usuario a través de su teléfono móvil cuando se superan los límites de dióxido de carbono (CO₂) permitidos dentro de ella.

Este importante avance científico pone solución a un problema muy importante desde que comenzó la pandemia: el CO₂ que reinhalamos dentro de nuestra mascarilla. Cuando utilizamos mascarillas tipo FFP2, se produce una concentración de CO₂ entre la cara y la mascarilla superior al ambiental (~0.04%) debido al gas exhalado durante la respiración, cuya reinhalación provoca efectos adversos para la salud, incluso en personas sanas, como malestar, dolor de cabeza, fatiga, disnea, mareos, sudoración, aumento de la frecuencia cardiaca, debilidad muscular y somnolencia.

Además, se sabe que dichos efectos negativos están relacionados tanto con la duración de la exposición, como con la concentración de gas en sí mismo. A modo de ejemplo, algunas normativas sanitarias recomiendan un valor máximo de 0.5% de CO₂ en el ambiente laboral (promediado durante una jornada de 8 horas), o que se considere una exposición de 30 minutos al 4% de CO₂ como muy perjudicial para la salud.

Los investigadores introducen dentro de una mascarilla FFP2 estándar una etiqueta sensora flexible, que funciona sin batería, porque se alimenta con la energía del teléfono móvil de manera inalámbrica.

“Desde la declaración de pandemia mundial por la Organización Mundial de la Salud (OMS) debido a la propagación de la COVID-19, el uso universal de mascarillas se ha recomendado o impuesto a la población en general, en un esfuerzo por prevenir la rápida propagación del SARS-CoV-2. Sin perjuicio de la evidencia generalizada a favor de las mascarillas para reducir la transmisión comunitaria, también existe un amplio acuerdo sobre los posibles efectos adversos causados ​​por su uso prolongado, principalmente como consecuencia del aumento de la resistencia respiratoria y la reinhalación del CO₂ situado en esa región interior de la mascarilla”, señalan los autores de esta investigación.

La mascarilla FFP2 inteligente diseñada en la UGR permite determinar en tiempo real, mediante un teléfono móvil, el dióxido de carbono reinhalado. Este método supone un avance significativo como sistema vestible caracterizado por su bajo coste, escalabilidad, fiabilidad y confort para la monitorización de magnitudes de interés para la salud.

Este trabajo, publicado en la prestigiosa revista Nature Communications, ha sido realizado por el equipo de investigación multidisciplinar ECsens entre los departamentos de Química Analítica y Electrónica y Tecnología de los Computadores de la UGR, que han desarrollado un sistema de detección portátil en tiempo real y sin batería para la medida del CO₂ gaseoso en dicho volumen interior de la mascarilla.

Sensores para medir parámetros de interés

Si bien las mascarillas estándar simplemente actúan como filtros de aire para las vías nasal y/o bucal, la integración de sensores para medir parámetros de interés se considera un valor añadido para mejorar su uso y efectividad, creando un nuevo paradigma de mascarillas inteligentes.

“El sistema que proponemos consiste en la inclusión, dentro de una mascarilla FFP2 estándar, de una etiqueta flexible compuesta por un sensor de CO₂ optoquímico novedoso de desarrollo propio junto a toda la electrónica de procesamiento de la señal. Ambos se han impreso en un sustrato polimérico ligero y flexible, conformando a lo que denomina una ‘etiqueta sensora’, sin originar ningún malestar para el usuario”, destacan los autores. La etiqueta fabricada no usa baterías, porque se alimenta de forma inalámbrica con el enlace de comunicación NFC (el que se usa para el pago inalámbrico, por ejemplo) de un teléfono inteligente mediante una aplicación de Android. Dicha app también se utiliza para el procesamiento de datos, la gestión de alertas y la visualización y el intercambio de resultados.

El equipo de investigación que ha realizado este trabajo, en la puerta del CITIC-UGR.

Los científicos de la UGR han realizado pruebas preliminares de esta mascarilla inteligente con sujetos, tanto con actividad sedentaria como durante la realización de ejercicio físico. “Nuestros resultados, que están en línea con ensayos clínicos previos, proporcionan valores de CO₂ entre el 2% durante actividades sedentaria hasta valores máximos de casi un 5% durante ejercicio físico de alta intensidad. Estos valores son significativamente mayores al rango de 0.04% – 0.1% de CO₂ que se tienen en atmósfera abierta o ambientes típicos de trabajo considerados saludables. Si bien las pruebas realizadas no constituyen un ensayo clínico formal, su propósito es dar una idea del potencial del sistema desarrollado en el campo de los sensores vestibles para el control no invasivo de la salud”, señalan los autores.

Los científicos destacan que esta mascarilla es 100% respetuosa con el medio ambiente, ya que no usa baterías, e implementa la alimentación de manera inalámbrica mediante el teléfono móvil estándar.

Todas estas características refuerzan las aplicaciones del dispositivo de bajo coste propuesto en los campos de la monitorización de la salud no invasiva, la investigación preclínica, el pronóstico y el diagnóstico con dispositivos electrónicos portátiles, pudiendo extenderse su uso mediante la inclusión de otros sensores para monitorizar otras magnitudes de interés.

Referencia bibliográfica:

Escobedo, P., Fernández-Ramos, M.D., López-Ruiz, N. et al. Smart facemask for wireless CO₂ monitoring. Nat. Commun. 13, 72 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-021-27733-3

https://www.nature.com/articles/s41467-021-27733-3

Nature Portfolio Behind the paper: https://engineeringcommunity.nature.com/posts/smart-facemask-for-wireless-carbon-dioxide-monitoring