« L’Université
Rice adapte le graphène induit par laser pour éliminer les
agents pathogènes de l'air », source communiqué
de l’Université Rice.
Les
bactéries présentes
dans
l'air peuvent voir à
quoi
ressemble à un tapis confortable de
récupération
sur lequel elles
peuvent se
poser. Mais c’est un piège.
Les
scientifiques de l'Université Rice ont transformé leur graphène
induit par laser (LIG pour
laser induced graphene)
en filtres auto-stérilisants qui captent les agents pathogènes de
l'air et les tuent avec de petites impulsions électriques.
Le
filtre flexible mis au point par le laboratoire de l’Université de
Rice du chimiste James
Tour pourrait intéresser particulièrement les hôpitaux. Selon
les Centers for Disease Control and Prevention, les patients ont
une chance sur 31 de contracter une infection potentiellement
résistante aux antibiotiques au cours de leur hospitalisation.
Les
filtres à air auto-stérilisants au graphène induit par laser créés
à l'Université Rice montrent un potentiel d'utilisation dans les
hôpitaux. Les filtres retiennent les bactéries et autres agents
pathogènes en suspension dans l’air, puis les éliminent par
chauffage à effet Joule du matériau conducteur. (Crédit:
Groupe Tour/ Université Rice).
Le
dispositif décrit dans la revue de
l’American
Chemical Society, ACS
Nano,
capture les bactéries, les moisissures,
les spores, les prions, les endotoxines et d'autres contaminants
biologiques véhiculés par les gouttelettes, les aérosols et les
particules.
Le
filtre prévient
ensuite les microbes et autres contaminants de proliférer en se
chauffant
périodiquement jusqu'à 350°C,
suffisamment pour éliminer les agents pathogènes et leurs
sous-produits toxiques. Le filtre consomme peu d'énergie et se
chauffe
et se
refroidit
en quelques secondes.
Le
LIG est une mousse conductrice constituée de feuilles de carbone
atomiques pures et minces synthétisées par chauffage de la surface
d'une feuille de polyimide courante à l'aide d'un dispositif de
découpe au laser industriel. Le procédé découvert par le
laboratoire
de Tour en 2014 a conduit à une gamme d’applications pour
l’électronique,
les nanogénérateurs
triboélectriques, les composites,
l’électrocatalyse
et même l’art.
L’adaptation
pour l’utiliser comme filtre signifiait que le graphène induit
par
laser sur
les deux côtés du polyimide, laissant un réseau fin et
tridimensionnel du polymère pour renforcer la mousse de graphène.
La formation de laser à différentes températures a donné une
forêt épaisse de fibres de graphène avec des feuilles
interconnectées plus petites en dessous.
Comme
tout graphène pur, la mousse conduit l'électricité. Lorsqu’il
est électrifié, le chauffage
par effet
Joule
élève la température du filtre au-dessus de 300°C, ce qui suffit
non seulement à tuer les agents pathogènes piégés, mais également
à décomposer les sous-produits toxiques susceptibles de nourrir de
nouveaux micro-organismes et d’activer le système immunitaire.
Vue
sur une image au microscope électronique, des feuilles de graphène
de taille micrométrique créées à l'Université Rice forment un
filtre à air à deux couches qui piège les agents pathogènes et
les tue ensuite avec une petite rafale d'électricité. Remerciements
au Groupe Tour.
Les
chercheurs ont suggéré qu'un seul filtre LIG personnalisé peut
être suffisamment efficace pour remplacer les deux filtre à lit de
actuellement requis par les normes fédérales pour les systèmes de
ventilation des hôpitaux.
« Un
si grand nombre de patients sont infectés par des bactéries et
leurs produits métaboliques, ce qui peut entraîner une septicémie
pendant leur séjour à l'hôpital », a déclaré Tour.
« Nous avons besoin de plus de méthodes pour lutter contre
le transfert par voie aérienne des bactéries mais aussi de leurs
produits en aval, ce qui peut provoquer des réactions graves chez
les patients. »
« Certains
de ces produits, tels que les endotoxines, doivent être exposés à
des températures de 300 ° C pour pouvoir être désactivées »,
ce
que fait le
filtre LIG. « Cela
pourrait réduire considérablement le transfert de molécules
générées par des bactéries entre les patients et ainsi réduire
les coûts ultimes des séjours en patient et réduire les risques de
maladie et de décès dus à ces agents pathogènes. »
Le
laboratoire a testé les filtres LIG avec un système de filtration
sous vide du commerce, puisant l’air à une vitesse de 10 litres
par minute pendant 90 heures. Il a en outre constaté que le
chauffage par effet Joule avait permis de désinfecter avec succès
les filtres de tous les agents pathogènes et sous-produits.
L'incubation des filtres usés pendant 130 heures supplémentaires
n'a révélé aucune croissance bactérienne ultérieure sur les
unités chauffées, contrairement aux filtres LIG témoins qui
n'avaient pas été chauffés.
« Les
expériences de culture de bactéries effectuées sur une membrane en
aval du filtre LIG ont montré que les bactéries ne peuvent pas
pénétrer dans le filtre LIG »,
a déclaré John Li, un étudiant en deuxième année de Rice,
co-auteur de
l’article
avec le chercheur en
postdoc
Michael Stanford.
Stanford
a noté que la fonction de stérilisation « peut réduire la
fréquence à laquelle les filtres LIG devraient être remplacés par
rapport aux filtres traditionnels. »
Tour
a suggéré que les filtres LIG à air pourraient également se
retrouver dans les avions commerciaux.
« On
prévoit que d'ici 2050, 10 millions de personnes par an mourront
d'une bactérie résistante aux antibiotiques »,
a-t-il déclaré. « Le
monde a depuis longtemps besoin d'une approche pour atténuer le
transfert de pathogènes en suspension dans l'air et de leurs
produits dangereux.
Ce filtre LIG à
air
pourrait être un élément important de cette défense. »
