Development of Electrospun Mat for Antibacterial and Antiviral Air Filtration Mask Based on Cellulose Acetate

Au cours de la dernière décennie, la demande en équipements de protection individuelle (EPI) s’est accrue de manière considérable, particulièrement à la suite des pandémies mondiales, en raison de leur rôle clé dans la limitation de la propagation des micro-organismes pathogènes. Parmi la diversité des EPI disponibles, gants, cagoules, visières ou encore combinaisons intégrales, le masque facial occupe une place de choix. Il constitue la première barrière face aux agents aéroportés et se trouve en contact direct avec le système respiratoire et la peau de l’utilisateur. Cette importance accrue s’accompagne d’un besoin urgent d’optimiser les matériaux de fabrication, afin qu’ils soient à la fois respectueux de l’environnement et efficaces contre bactéries et virus, même lors de temps de contact très courts. Par ailleurs, ces matériaux doivent préserver leurs performances physiques et fonctionnelles en conditions de forte humidité, garantissant ainsi une protection continue sur de longues périodes d’utilisation. Cette présente étude vise à concevoir un système de filtration performant à partir de polymères biodégradables intégrant des agents antimicrobiens, dans le but de conférer une double activité antibactérienne et antivirale. L’objectif est de mettre au point des membranes hydrophiles mais résistantes à l’humidité, obtenues par électrofilage coaxial afin de produire des fibres à structure coeur/gaine. Deux agents antimicrobiens ont été associés pour générer un effet synergique, renforçant ainsi les propriétés protectrices et assurant une inactivation microbienne marquée dès les premiers instants de contact. Afin de prolonger l’efficacité et améliorer la stabilité, une huile essentielle a été encapsulée au coeur des fibres ainsi qu’au sein de nanotubes, permettant une libération progressive et maîtrisée. Cette stratégie ouvre des perspectives prometteuses pour la mise au point de membranes électrofilées de nouvelle génération destinées aux masques faciaux.

Abstract

The demand for personal protective equipment (PPE) has increased in the recent decade, especially during and after global pandemics, as it is an effective means of preventing the spread of harmful microorganisms. Among different types of PPE, including gloves, hoods, eye shields, and full-body suits, face masks have received specific importance. Face masks act as the primary barrier against airborne pathogens and are in direct contact with the respiratory system and the skin of mask wearers. With the growing demand for face masks, there is a vital need to use materials in mask fabrication that are not only environmentally friendly but also active against bacteria and viruses within short contact times. Additionally, these products should maintain their physical and functional performance under high moisture conditions to ensure thoroughly protection during long term usage. This study aims to develop an effective filtration system using biodegradable polymers incorporated with antimicrobial agents to provide both antibacterial and antiviral activity. The goal is to produce hydrophilic mats with resistance to moisture, employing coaxial electrospinning to fabricate core/shell fiber structures. Two antimicrobial agents were used to create a synergistic effect, thereby improving the protective properties of the material and ensuring significant microbial inactivation within short contact times. To further enhance stability and prolong antimicrobial activity, the essential oil was encapsulated within the core of the fiber and inside of nanotubes, creating controlled and sustained release of the agent. This strategy, suggest a promising approach to develop advanced electrospun mat for face mask applications.