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Conectado a um aspirador de nível médico na parte superior, o capacete permitiria a contenção de todas as gotículas <250 μm e 99,6% de todas as gotículas de tosse em geral. (Imagem: Dongjie Jia)

Entrevista: Cientistas projetam capacete a vácuo removedor de SARS-CoV-2

By Monique Mehler, Dental Tribune International
February 15, 2021

Como parte do trabalho apoiado por uma série de bolsas de resposta rápida para pesquisas relacionadas ao COVID-19, o estudante de PhD em engenharia mecânica Dongjie Jia da Cornell University, nos EUA, ajudou a desenvolver um projeto para um capacete aberto para uso do paciente conectado a uma bomba de filtragem de ar de nível médico da parte superior que cria um fluxo reverso de ar para evitar que gotículas de tosse entrem no ambiente clínico. Em uma entrevista ao Dental Tribune International, Jia explicou como esse projeto, que foi financiado pelo Cornell Atkinson Center for Sustainability, nasceu e como ele poderia ajudar os profissionais médicos na pandemia em curso.

Sr. Jia, como surgiu a ideia do capacete e como funciona?
Nossos colaboradores, Drs. Anais Rameau e Jonathan Lee Baker da Weill Cornell Medicine, tiveram a ideia original de um capacete. O Dr. Mahdi Esmaily Moghadam sugeriu o design do bico na abertura da face para aumentar a região de fluxo reverso - a distância que as gotas precisam percorrer contra o fluxo antes de sair do capacete - para aumentar a eficiência de captura de gotas.

Desenhei o projeto final do protótipo usando CAD. O funcionamento do capacete é bastante simples: o tubo superior é conectado a um aspirador de grau médico, que potencialmente poderia ser o mesmo dispositivo que alimenta o ejetor de saliva. O vácuo criará um fluxo reverso na abertura do rosto para sugar as gotículas ejetadas pelo paciente. De acordo com nossa simulação, este dispositivo pode conter todas as gotículas <250 μm e 99,6% de todas as gotículas de tosse em geral.

A razão pela qual gotículas maiores são mais difíceis de capturar reside na dinâmica dos fluidos das partículas (gotículas). Na dinâmica dos fluidos, o tempo de relaxamento da partícula, que sinaliza a rapidez com que uma partícula se ajusta a uma mudança no fluxo, é uma função do quadrado do diâmetro da partícula. Portanto, conforme o diâmetro da gota se torna maior, torna-se cada vez mais difícil conter a gota e que o fluxo do bico a influencie.

Gotículas maiores (> 100 µm) são menos perigosas e menos transmissivas do que as gotas menores. Devido à sua grande massa, eles tendem a cair no chão (ou na proteção facial) dentro de um segundo depois de serem liberados, enquanto gotículas menores evaporam rapidamente e formam núcleos de gotículas muito menores que permanecem no ar por horas ou mesmo dias devido ao seu peso leve.

Nosso projeto é extremamente bem-sucedido em capturar as gotas menores mais perigosas. As gotas maiores que não são capturadas por nosso projeto podem ser facilmente detectadas com o uso de protetores faciais e prática de higienização de superfície.

Devido à natureza do seu trabalho, os dentistas estão particularmente em risco de contrair SARS-CoV-2. Quais são as limitações dos equipamentos de proteção individual (EPI) disponíveis atualmente e como os dentistas podem se beneficiar com o uso desse dispositivo?
Os EPIs atuais, como as máscaras e protetores faciais N95, protegem apenas os dentistas de infecções, mas não evitam que os pacientes contaminem potencialmente o ambiente clínico. Gotículas de tosse podem permanecer no ar por horas após serem liberadas. Para lidar com esse problema, os dentistas geralmente precisam ter isolamento do ar entre os pacientes e instalar caras máquinas de filtração de ar HEPA, que têm uma eficiência de remoção de gotas de apenas 90%. Nosso capacete pode ser feito de plástico descartável e, potencialmente, custar quase o mesmo preço de um protetor facial. Nosso dispositivo fornecerá uma alternativa barata e altamente eficaz.

Que desafios este projeto apresentou até agora?
O principal desafio era garantir que a configuração e os resultados da simulação fossem precisos. O software que usamos foi rigorosamente testado para várias situações de fluxo. Também usamos cálculos analíticos para garantir que o resultado da simulação tenha sentido numérico. No final, estamos confiantes de que nossa simulação se assemelha muito às situações da vida real.

Quais são as próximas etapas do processo de pesquisa? Há planos para fabricar e introduzir o capacete em ambientes clínicos reais em breve?
Nossos colaboradores estão planejando fazer um protótipo e testar este dispositivo em ambientes clínicos na Weill Cornell Medicine. Se forem obtidos resultados positivos no estudo de protótipo, podemos planejar entrar em contato com os fabricantes para produzir este dispositivo para uso em ambientes clínicos da vida real. Nosso design atual é uma prova de conceito para a ideia. Agradecemos qualquer feedback do campo clínico para melhorar a ergonomia e a praticidade de nosso design.

Nota editorial: o artigo, intitulado “Simulation of a vacuum helmet to contain pathogen-bearing droplets in dental and otolaryngologic outpatient interventions,” a reportagem sobre o capacete foi publicada online na edição de janeiro de 2021 da Physics of Fluids.

Os leitores podem aprender mais sobre os diferentes comportamentos e classificação das gotículas (aqui): Duguid JP. O tamanho e a duração do transporte aéreo de gotículas respiratórias e núcleos de gotículas. J Hyg (Londres). Set 1946; 44 (6): 471–9. doi: 10.1017 / s0022172400019288.

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