Dans la lutte continue contre le COVID-19, les experts en microbiologie et en cuivre recommandent une utilisation accrue du métal pour réduire la propagation du virus. Ainsi, le cuivre pourrait-il être incorporé dans la construction de masques, l'objet personnel anti-virus universellement accepté ?

C'est ce que font Jing Zhang de l'École d'ingénierie et de technologie de l'IUPUI et une équipe de chercheurs, en utilisant un revêtement de cuivre sur des filtres en plastique imprimés en 3D pour créer des masques et des respirateurs plus efficaces.

"Une étude en 2015, financé par le département américain de la Défense, dit qu'un alliage de cuivre peut tuer 58 pour cent des infections, " dit Zhang, professeur agrégé au Département de génie mécanique et énergétique. "Nous pouvons utiliser le placage de cuivre pour couvrir certaines surfaces fréquemment touchées telles que les poignées de porte et les boutons d'ascenseur; cela m'a inspiré pour voir comment nous pourrions combiner ce qui ressemble presque à un métal magique dans un design de masque."

Le défi était de trouver une structure qui bloque les minuscules particules d'aérosol tout en assurant une ventilation adéquate pour la respiration, et la nature avait une réponse :les branchies des poissons. Les branchies permettent aux poissons de puiser de l'oxygène dans l'eau, et cette conception est incorporée dans le masque prototype.

"Nous savons comment fonctionne la nature, nous avons donc dû trouver comment en faire une structure artificielle, " dit Zhang, dont les intérêts de recherche en impression 3D sont entrés en jeu.

Dans le proto, un anneau avec des "ailerons" en forme de V, " une structure analogue au filament branchial, a été conçu pour augmenter la surface où l'air passe à travers plus de canaux. Deux approches de création qui utilisent une imprimante 3D métal vert-laser pour reproduire directement la structure complexe du cuivre ou, de manière encore plus économique pour créer le design, impression 3D d'une structure plastique suivie d'une galvanoplastie, dans lequel le composant plastique imprimé en 3D est fusionné dans une solution liquide pleine d'ions cuivre et les ions migrent et couvrent la surface sous champ électrique.

Collaborateur Jingzhi Pu, du Département de chimie et de biologie chimique de la Faculté des sciences de l'IUPUI, continue d'étudier comment les ions cuivre désactivent la fonction du virus à l'aide de simulations de dynamique moléculaire. Collaborateur Ryan Ford Relich, directeur de la microbiologie clinique et de la sérologie chez Eskenazi Health, aide dans les tests de laboratoire qui, espérons-le, mèneront à un prototype fonctionnel d'ici octobre. Étudiants diplômés du groupe de Zhang, Xuehui Yang et Tejesh Dube, accompagnent également le projet.

"Je pense que cela peut être utilisé au quotidien tout en étant appliqué à d'autres systèmes, tels que les filtres d'aération dans les bâtiments et les avions, qui nécessitent une utilisation à long terme, " a déclaré Zhang. " Le cuivre est réutilisable et facile à nettoyer, très abordable, et respectueux de l'environnement."