Dans la recherche qui pourrait conduire à de meilleurs filtres pour masques à gaz, des scientifiques du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) du ministère de l'Énergie ont mis les rayons X sous les projecteurs des matériaux composites dans les respirateurs utilisés par l'armée, police, et premiers intervenants, et les résultats ont été encourageants. Ce qu'ils apprennent ne fournit pas seulement des nouvelles rassurantes sur l'efficacité des filtres actuels pour protéger les personnes contre les composés mortels tels que le VX et le sarin, mais ils fournissent également des informations fondamentales qui pourraient conduire à des masques à gaz plus avancés ainsi qu'à des équipements de protection pour les applications civiles.

Le projet au Berkeley Lab est dirigé par Hendrik Bluhm, un scientifique senior avec des nominations conjointes dans la division des sciences chimiques et la source de lumière avancée (ALS). Dans son équipe se trouvent deux chercheurs postdoctoraux de la Division des sciences chimiques, Lena Trotochaud et Ashley Head. L'équipe du Berkeley Lab fait partie d'une collaboration plus large qui comprend des chercheurs de l'Université du Maryland à College Park, Université Johns Hopkins, et le laboratoire de recherche naval des États-Unis.

Les chercheurs ont souligné que l'étude de la façon dont les oxydes métalliques interagissent avec les petits organophosphates pourrait être pertinente au-delà des masques à gaz utilisés par les militaires et les intervenants d'urgence. Le travail qu'ils font pourrait avoir des applications dans les technologies de détection. En outre, des formes moins puissantes d'organophosphates sont largement utilisées comme pesticides et herbicides, les résultats pourraient donc aider l'industrie agricole et les scientifiques de l'environnement à comprendre ce qui arrive finalement à ces substances après leur rejet dans l'environnement.

"C'est un projet où nous travaillons pour aider à sauver des vies, " dit Trotochaud. " C'est très gratifiant. "

Pour la tête, le projet a fourni un sujet de conversation particulièrement pertinent lors de réunions de famille.

"Ma belle-sœur est dans l'armée de l'air, " dit Head. " Je lui disais ce que je fais, et elle dit, « Quand je suis déployé, Je reçois un masque à gaz. Est-ce que ça marche?' Elle raconte à ses collègues sur quoi je travaille. Une grande partie de ce que nous faisons en science fondamentale est très éloignée d'une application. Bien que notre travail soit encore fondamental, Je peux maintenant dire à ma famille ce que je fais, et ils comprendront vraiment."

Les masques fonctionnent-ils ?

Les filtres de masque à gaz actuels contrecarrent les menaces actuelles, mais il existe de grandes lacunes dans les connaissances sur la façon dont ils le font au niveau moléculaire, les chercheurs ont dit. La question se pose car de nombreux filtres ont été développés pour gérer un large éventail de menaces chimiques en constante évolution et pour fonctionner dans diverses conditions dans le monde entier. Pendant la Première Guerre mondiale, les agents de guerre chimique étaient principalement des gaz de chlore et de moutarde.

Depuis, une nouvelle classe d'armes chimiques a fait son apparition. Sarin et agent venimeux X, ou VX, sont des agents neurotoxiques ainsi nommés car ils interfèrent avec la capacité du système nerveux à communiquer avec les muscles, y compris ceux qui contrôlent la respiration. Les matériaux actuels utilisés dans les filtres des masques à gaz offrent une protection efficace contre tous ces composés, malgré les propriétés chimiques très différentes des gaz.

Les filtres de masque à gaz comprennent du charbon actif, une famille d'absorbants qui piègent les toxines dans des millions de micropores. C'est le même composé utilisé pour filtrer l'eau et traiter l'ingestion de poisons. Le charbon actif piège les toxines, mais dans les masques à gaz, il est encore augmenté d'oxydes métalliques, comme le cuivre et le molybdène, pour aider à éliminer les toxines.

"Même si les premiers filtres de masques à gaz ont été développés avant l'émergence de ces nouveaux agents neurotoxiques, les filtres actuels sont efficaces pour les capturer, et ils semblent aussi être bons pour les décomposer, mais nous avons encore quelques questions sur la chimie de ce processus, " dit Trotochaud. " On sait que ça marche, mais nous ne savons pas toujours comment il échoue. Nous savons que les filtres cessent parfois de fonctionner après un certain temps lorsqu'ils sont exposés à ces composés organophosphorés, donc la chimie de la façon dont le matériau est désactivé après exposition à ces agents est une grande partie de ce que nous étudions. »

Les chercheurs du Berkeley Lab ont ciblé deux oxydes métalliques – l'oxyde de molybdène et l'oxyde de cuivre – qui sont des composants de travail clés dans les filtres des masques à gaz. Pour simuler les petites molécules organophosphorées du sarin et du VX, les chercheurs ont travaillé avec le méthylphosphonate de diméthyle (DMMP), un proxy établi pour le sarin avec des groupes fonctionnels similaires mais une toxicité significativement plus faible.

L'objectif est de mieux comprendre les interactions moléculaires qui se produisent lorsque divers gaz sont adsorbés par les matériaux filtrants du masque à gaz, et les conditions environnementales – pollution de l'air, échappement de carburant diesel, eau – qui pourrait altérer les performances et la durée de conservation, ainsi, des matériaux encore meilleurs peuvent être développés.

"Une grande partie de nos premiers travaux se sont concentrés sur la caractérisation, " dit Bluhm, le chercheur principal du projet. "Il y avait beaucoup de détails à résoudre. Que fait exactement l'oxyde de cuivre ? Que fait l'oxyde de molybdène ? Pourquoi l'un se comporte-t-il différemment de l'autre ? Comprendre où se trouvent les différences peut rendre ces matériaux de filtration potentiellement beaucoup plus efficaces."

Les effets de la vapeur d'eau étaient particulièrement intéressants en raison de la façon dont les masques sont utilisés, a noté Bluhm.

"C'est un masque filtrant qui se place devant nos bouches, il y a donc une forte humidité lorsque nous respirons dedans, " Il a dit. " Parmi les résultats publiés de notre projet est que la vapeur d'eau semble être neutre ou même bénéfique pour la performance des matériaux. "

Cela a été rapporté dans une étude de 2016, qui a trouvé que l'exposition à l'eau activait la surface composite d'une manière qui facilitait la liaison de la molécule de DMMP, en diminuant l'énergie nécessaire pour décomposer la molécule.