Les chercheurs du Rensselaer Polytechnic Institute ont développé un moyen accessible de fabriquer des masques faciaux N95 non seulement des barrières efficaces contre les germes, mais aussi des tueurs de germes au contact. Les masques antiviraux et antibactériens peuvent potentiellement être portés plus longtemps, ce qui entraîne moins de déchets plastiques car les masques n’ont pas besoin d’être remplacés aussi fréquemment.
Helen Zha, professeure adjointe de génie chimique et biologique et membre du Centre d’études biotechnologiques et interdisciplinaires de Rensselaer (CBIS), a collaboré avec Edmund Palermo, professeur agrégé de science et génie des matériaux et membre du Center for Materials, Devices, et des systèmes intégrés (cMDIS) chez Rensselaer, pour lutter contre les maladies respiratoires infectieuses et la pollution de l’environnement avec la recette parfaite pour améliorer les masques faciaux.
« Il s’agissait d’un défi d’ingénierie des matériaux à multiples facettes avec une équipe de collaborateurs formidable et diversifiée », a déclaré Palermo. « Nous pensons que le travail est une première étape vers un équipement de protection individuelle auto-stérilisant plus durable, tel que le respirateur N95. Il peut aider à réduire la transmission des agents pathogènes en suspension dans l’air en général. »
Dans une recherche récemment publiée dans Matériaux appliqués et interfaces ACSl’équipe a réussi à greffer des polymères antimicrobiens à large spectre sur les filtres en polypropylène utilisés dans les masques faciaux N95.
« Les couches de filtration actives des masques N95 sont très sensibles aux modifications chimiques », a déclaré Zha. « Cela peut les rendre moins performants en termes de filtration, de sorte qu’ils ne fonctionnent essentiellement plus comme les N95. Ils sont fabriqués à partir de polypropylène, qui est difficile à modifier chimiquement. Un autre défi est que vous ne voulez pas perturber le très fin réseau de fibres dans ces masques, ce qui pourrait les rendre plus difficiles à respirer. »
Zha et Palermo, ainsi que d’autres chercheurs de Rensselaer, du Michigan Technological Institute et du Massachusetts Institute of Technology, ont attaché de manière covalente des polymères d’ammonium quaternaire antimicrobiens aux surfaces des fibres de tissus de polypropylène non tissés à l’aide d’un greffage initié par les ultraviolets (UV). Les tissus ont été donnés par Hills Inc. avec l’aimable autorisation de Tim Robson, ancien élève de Rensselaer.
« Le processus que nous avons développé utilise une chimie très simple pour créer ce revêtement polymère sans lixiviation qui peut tuer les virus et les bactéries en brisant essentiellement leur couche externe », a déclaré Zha. « C’est une méthode très simple et potentiellement évolutive. »
L’équipe n’a utilisé que de la lumière UV et de l’acétone dans son processus, qui sont largement disponibles, pour le rendre facile à mettre en œuvre. De plus, le procédé peut être appliqué à des filtres en polypropylène déjà fabriqués, plutôt que de nécessiter le développement de nouveaux.
L’équipe a constaté une diminution de l’efficacité de la filtration lorsque le processus était appliqué directement sur la couche de filtration des masques N95, mais la solution est simple. L’utilisateur peut porter un masque N95 non modifié avec une autre couche de polypropylène avec le polymère antimicrobien sur le dessus. À l’avenir, les fabricants pourraient fabriquer un masque avec le polymère antimicrobien incorporé dans la couche supérieure.
Grâce à une subvention RAPID (National Science Foundation Rapid Response Research), Zha et Palerme ont commencé leurs recherches en 2020 alors que les masques faciaux N95 étaient rares.
Les travailleurs de la santé réutilisaient même des masques qui étaient destinés à être à usage unique. Avance rapide jusqu’en 2022 et les masques faciaux de tous types sont désormais largement disponibles. Cependant, les taux de COVID sont encore élevés, la menace d’une autre pandémie à l’avenir est une possibilité distincte, et les masques jetables à usage unique s’accumulent dans les décharges.
« J’espère que nous sommes de l’autre côté de la pandémie de COVID », a déclaré Zha. « Mais ce type de technologie sera de plus en plus important. La menace de maladies causées par des microbes en suspension dans l’air ne disparaît pas. Il est temps que nous améliorons les performances et la durabilité des matériaux que nous utilisons pour nous protéger. »
« Attacher des groupes chimiques qui tuent les virus ou les bactéries au contact du polypropylène est une stratégie intelligente », a déclaré Shekhar Garde, doyen de l’école d’ingénierie de Rensselaer. « Compte tenu de l’abondance de polypropylène dans la vie quotidienne, cette stratégie est peut-être également utile dans de nombreux autres contextes. »
Mirco Sorci et al, Masques respiratoires virucides N95 via des revêtements de polymère d’ammonium quaternaire greffés en surface ultra-minces, Matériaux appliqués et interfaces ACS (2022). DOI : 10.1021/acsami.2c04165