Les scientifiques s’affairent à concevoir un masque facial capable de décomposer le coronavirus : cuivre, graphène, etc

Le cuivre, le graphène et les produits chimiques contenus dans les produits de nettoyage sont tous des candidats à la recherche d’un masque auto-assainissant capable de détruire le virus du SRAS-CoV-2, selon le dossier de Fastcompany.

Au début de la pandémie de la COVID-19, Jiaxing Huang a vu le nouveau virus envahir les hôpitaux de sa Chine natale. Professeur de science et d’ingénierie des matériaux à l’université Northwestern, il a contacté des collègues de son pays pour réfléchir à la manière d’appliquer leur expertise afin d’atténuer les futures pandémies et a envoyé les suggestions publiées par la suite à la Fondation nationale des sciences.

La NSF a eu une idée similaire et a finalement lancé un appel à propositions pour des subventions de recherche non médicale à réponse rapide afin de lutter contre la propagation du virus SRAS-CoV-2. Mais pas avant l’attribution de la bourse Huang. À la mi-mars, il est devenu le premier spécialiste des matériaux à recevoir une subvention de 200 000 dollars pour développer un complément chimique pour les masques traditionnels pouvant détruire le COVID-19. Aujourd’hui, Huang et son équipe ont mis de côté leurs autres recherches pour se concentrer sur ce nouveau projet.

« J’essayais de motiver mes pairs et mes étudiants en leur disant que même si nous ne travaillons pas en première ligne ou dans la recherche sur les virus, il y a toujours des moyens d’aider », explique Huang. « Nous voulons participer à l’effort à long terme pour contribuer, non seulement à la pandémie actuelle, mais aussi pour être mieux préparés aux futures pandémies ».

Des études ont montré que les masques et les respirateurs réduisent la propagation des coronavirus et les taux d’infection, et plusieurs États les rendent obligatoires en public ou lorsqu’ils ne pratiquent pas la mise à distance sociale. L’augmentation de la demande, associée aux pénuries, a entraîné une multiplication par quatre de leur prix moyen. La société d’analyse des technologies médicales Life Science Intelligence estime que les ventes mondiales de masques et de respirateurs dépasseront les estimations pré-pandémiques de 211 % et de 305 %, respectivement, selon la façon dont le virus COVID-19 se répand.

Les masques et respirateurs de qualité médicale étant rares pour les travailleurs de la santé et les civils qui se contentent de versions de fortune en tissu, la quête est lancée pour une protection faciale plus efficace, antimicrobienne et réutilisable pour tous. C’est particulièrement urgent aux États-Unis, leader mondial des cas de la COVID-19, qui ont atteint près de 1,4 million et menacent de s’aggraver à mesure que les États assouplissent les mesures d’hébergement sur place.

Exploiter le cuivre dans les masques

À l’heure actuelle, la référence en matière de protection contre le virus est le respirateur jetable de qualité médicale N95, qui piège les particules à travers des couches de filtres et une charge électrostatique. Cela permet aux masques respirateurs N95 de filtrer 95% des particules non pétrolières d’un diamètre de 0,3 micron. Bien que le coronavirus soit plus petit, entre 0,05 et 0,2 micron de diamètre, le port de masques à pores plus petits est problématique car ils rendent la respiration plus difficile. Les masques N95 contrecarrent plutôt la trajectoire du virus grâce à de multiples couches, tandis que l’électricité statique attire le SRAS-CoV-2 vers le tissu. Cependant, ils sont conçus pour un usage unique, car les liquides et l’humidité (y compris les gouttelettes d’aérosol, les éternuements et l’expiration) atténuent ces charges et rendent les masques moins efficaces plus ils sont portés.

Même avant la pandémie, les chercheurs et les fabricants du monde entier essayaient de créer des masques réutilisables qui filtraient et détruisaient à la fois les bactéries et les virus. Un certain nombre de masques antimicrobiens déjà sur le marché utilisent des filtres infusés au cuivre et des nano-tissus, qui sont conçus avec de minuscules particules pour leur conférer des caractéristiques améliorées comme l’eau, l’odeur et la résistance microbienne.

Le cuivre a des propriétés antimicrobiennes établies de longue date qui comprennent l’élimination du virus COVID-19 en quatre heures. Les ions de cuivre chargés positivement attirent et piègent les bactéries et la plupart des virus, qui sont chargés négativement. Les ions de cuivre pénètrent ensuite dans les microbes et détruisent leur capacité de réplication, réduisant ainsi considérablement le nombre de particules infectieuses qui pourraient passer à travers les pores du masque. (Les ions d’argent et de zinc, également utilisés dans certains masques, désactivent les microbes de manière similaire).

Mais le simple fait d’avoir une couche ou un revêtement antimicrobien ne suffit pas. Les personnes qui achètent de tels masques doivent tenir compte d’une combinaison de facteurs : la taille des pores, le nombre et le type de couches, ainsi que l’étanchéité. Par exemple, les masques médicaux N95 ont des barres métalliques que les porteurs peuvent plier pour que le bord supérieur s’adapte à l’arête du nez et à la partie inférieure des joues.

« L’une des façons dont la COVID-19 se propage est par les sécrétions du nez et de la bouche (transmission par gouttelettes) et probablement par transmission aérienne (comme l’expiration du virus) », explique Carl Fichtenbaum, professeur de maladies infectieuses à la faculté de médecine de l’université de Cincinnati. « Si quelqu’un éternue ou tousse, le masque ne doit pas tomber de son visage. Il faut donc savoir si les masques en cuivre ou autres produits chimiques ont la même capacité qu’un masque N95 à former un joint étanche et s’il y a suffisamment de couches pour empêcher les gouttelettes ou les particules en suspension dans l’air de passer ».

Les masques qui utilisent la technologie du cuivre varient considérablement en termes de degré d’efficacité, de prix et de longévité, certains étant destinés à un usage médical et d’autres étant purement une amélioration par rapport aux masques en tissu. Le coût des masques simples varie généralement de 10 à 70 dollars, les propriétés antimicrobiennes pouvant être utilisées de 30 lavages à la fin de la vie du produit. Certaines entreprises ont testé leurs produits contre d’autres virus, mais aucune ne l’a fait pour la COVID-19, qui nécessite des installations hautement spécialisées qui ne sont pas facilement accessibles. « La taille du virus, le niveau d’infectiosité et les propriétés chimiques varient et influencent le bon fonctionnement des masques », ajoute M. Fichtenbaum.

Certains masques de haute technologie ont un prix élevé, entre 50 et 70 dollars.

  • La société israélienne Argaman, spécialisée dans la technologie des fibres, en possède un qui comporte quatre couches de cuivre infusées et des filtres en oxyde de cuivre de la société tchèque Respilon, qui vend également ses propres masques.
  • La start-up israélienne Sonovia utilise un revêtement d’oxyde de zinc et une filtration de cinq microns qui est censée durer un an.

Les entreprises spécialisées dans les vêtements et les masques antimicrobiens infusés au cuivre proposent des versions plus abordables. Copper Compression et la société Copper Clothing, basée au Royaume-Uni, proposent des masques à quatre couches bloquant 99 % des particules, tandis que Copper Mask utilise du cuivre à six couches et des filtres HEPA bloquant 92 %. Une autre société, Kuhn Copper Solutions, fondée par la microbiologiste Phyllis Kuhn, une des premières à préconiser l’utilisation du cuivre dans les hôpitaux, est spécialisée dans les masques et les inserts en maille de cuivre qui peuvent être combinés avec des versions traditionnelles ou en tissu.

Vous pouvez également trouver des masques en coton imprégné de cuivre dans certains magasins de meubles et de vêtements – comme The Futon ShopCustomInk, et Atoms – qui ont pris le train du cuivre en tirant parti des pipelines de production existants.

Noblement, certaines de ces entreprises ont fait leur part pour remédier à la pénurie de masques. Copper Compression a fait don de 18 000 masques aux hôpitaux de la région de New York et du New Jersey, tandis qu’Atoms fait don d’un masque pour chaque masque vendu à la New York City Housing Authority.

Des masques qui se désinfectent d’eux-mêmes

La pandémie a également incité les universités du monde entier à intensifier la recherche sur les nouvelles technologies de masques, notamment en intégrant des produits chimiques antiviraux ou en réorientant les techniques de filtration de l’eau.

Plutôt que de réinventer le masque imprégné de cuivre, Huang, de Northwestern, cherche un moyen peu coûteux d’incorporer des produits chimiques que l’on trouve traditionnellement dans les produits sanitaires et qui sont connus pour désactiver un large éventail de virus. Il étudie des sprays, ainsi que des tissus, des patchs et des inserts traités chimiquement pour les masques jetables ou de bricolage, qui permettraient d’augmenter l’efficacité des masques existants. « Ce dont nous devons nous préoccuper, c’est de savoir comment fixer ces agents de manière à ce qu’ils ne se libèrent pas facilement lorsque les gens inhalent et pénètrent dans leurs poumons », dit-il. « Mais nous devons ensuite les faire disparaître pendant l’expiration. C’est le défi de la science ».

Ce que nous pouvons faire de mieux, c’est de montrer aux gens que cette idée fonctionne ».
Jiaxing Huang

La bourse de M. Huang lui donne un an pour publier ses conclusions, qui, espère-t-il, inspireront d’autres personnes à concevoir des produits à partir de celles-ci. « Ce que nous pouvons faire de mieux, c’est vraiment montrer aux gens que cette idée fonctionne », dit-il. « C’est notre contribution : accélérer les solutions techniques ».

Entre-temps, des chercheurs israéliens ont tenté une approche similaire qui est déjà testée au centre médical de Galilée. Le professeur de génie mécanique Eyal Zussman, de l’Institut de technologie Technion-Israël, a dirigé une équipe qui a mis au point un autocollant en fibre nanométrique imprimé en 3D et enduit d’antiseptiques qui piègent les particules et neutralisent les virus en gouttelettes qui atterrissent sur le masque. L’autocollant se fixe sur un masque traditionnel pour offrir une protection supplémentaire.

D’autres chercheurs trouvent des moyens d’appliquer la technologie de purification de l’eau à la filtration de l’air. Chris Arnusch, professeur de recherche sur l’eau à l’université Ben Gurion (BGU), également en Israël, a passé cinq ans à développer des membranes de graphène poreux aux propriétés antimicrobiennes et antivirales pour la purification de l’eau. Il essaie maintenant de valider la technologie pour l’air, en vue de l’adapter aux masques ou aux filtres à air. Le graphène pur est une couche de graphite de l’épaisseur d’un atome, un composant utilisé dans la mine de crayon, qui est incroyablement solide et conduit l’électricité. Arnusch crée une forme de graphène en mousse pour ses filtres en entraînant un laser sur des surfaces en plastique. Grâce à un financement de départ de la BGU et du gouvernement israélien, il fait maintenant équipe avec une start-up pour commercialiser ce produit et d’autres.

« Dans le cas de mes filtres à eau, les pores sont plus larges que les bactéries et les virus », explique Arnusch. « Mais si vous électrisez la surface de l’eau, cela tue les bactéries et les virus lors de leur passage. J’essaie de voir si cela fonctionne dans l’air. Une fois que cela aura été prouvé, il suffira de l’adapter à un masque ou à un filtre à air ».

Le graphène induit par laser a également intéressé les chercheurs de l’université polytechnique de Hong Kong, qui appliquent ce matériau à des masques chirurgicaux jetables pour les rendre autostérilisants et ultra hydrofuges, de sorte que les gouttelettes chargées de virus roulent. Dans un article publié en avril, ils ont noté que la lumière du soleil pouvait théoriquement stériliser un masque recouvert de graphène en le chauffant à 80°C.

Une fois que cela aura été prouvé, il suffira de l’adapter à un masque ou à un filtre à air ».
Chris Arnusch

Les chercheurs de l’université de Cincinnati développent également des filtres pour masques en adaptant la technologie de filtration de l’eau à l’air. Le projet consiste à intégrer un chauffage à nanotubes de carbone dans un tissu composé de nanotubes de carbone et de fibres polymères. Le petit diamètre des nanotubes et leur grande surface collective pourraient séparer efficacement les microbes, tandis que le chauffage du carbone pourrait les tuer. Ayant appliqué avec succès cette technique de chauffage par nanotubes de carbone à l’industrie de la purification de l’eau, l’équipe tente de l’utiliser pour filtrer l’air, avec le soutien de l’Institut national pour la sécurité et la santé au travail, une division des Centres de contrôle et de prévention des maladies.

Chercheurs travaillant avec les nanotubes. [Photo : avec l’aimable autorisation de l’Université de Cincinnati]

Dans la lutte contre COVID-19, même les masques les plus efficaces doivent fonctionner en conjonction avec d’autres mesures de protection, comme la distanciation sociale et le lavage des mains. Et il est peut-être trop tôt pour savoir si les masques de haute technologie fonctionnent mieux que leurs cousins plus simples.

« L’essentiel, bien sûr, est de faire tester ces masques dans un environnement réel pour voir si ce que vous dites fonctionne vraiment », explique M. Fichtenbaum. « Il y a eu des tests sur une variété de masques, avec des résultats différents selon les virus. Tous les virus ne sont pas identiques ».

Via Fastcompany

 

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