Combien de temps les particules chargées de virus persistent-elles dans un ascenseur après le départ d'une personne infectée par COVID-19 ? Et y a-t-il un moyen de détecter ces particules ? Un groupe d'ingénieurs électriciens et d'informaticiens de la KAUST a tenté de répondre à ces questions à l'aide d'équations mathématiques de la dynamique des fluides.

"Nous avons découvert que des particules chargées de virus peuvent encore être détectées plusieurs minutes après un court trajet en ascenseur par une personne infectée, ", explique l'ingénieur électricien de KAUST, Osama Amin.

Les équations et les simulations de respiration de l'équipe suggèrent que la capacité d'un biocapteur à détecter un virus s'améliore lorsqu'il est placé sur une paroi d'ascenseur pouvant refléter des particules. Aussi, pour protéger les futurs occupants, la quantité de particules dans l'air peut être réduite en rendant les trois autres parois absorbantes.

Amin et ses collègues de KAUST ont travaillé sur le développement d'un concept de communication non traditionnel appelé "communication via le souffle". Le concept modélise les molécules chimiques et biologiques émises dans l'air expiré comme s'il s'agissait de supports d'informations dans un système de communication pouvant être détecté à l'autre extrémité par un « récepteur, " dans ce cas un biocapteur.

"Ce type d'étude nécessite la contribution de chercheurs ayant une expertise variée dans la modélisation théorique des canaux, conception et intégration du système, et les schémas d'apprentissage automatique, " dit Amine.

Dans leurs précédents travaux, ils ont utilisé des équations pour comprendre comment les molécules exhalées se dispersent dans les espaces ouverts. Ils ont également proposé un système de détection capable de détecter les molécules exhalées par l'haleine des gens lors de rassemblements de masse.

Dans leur travail actuel, ils ont développé un modèle et des simulations qui décrivent ce qui arrive aux molécules expirées dans le souffle dans une pièce fermée dans l'espace et le temps. Leur modélisation a pris en considération les capacités des parois à absorber ou à réfléchir les particules. Une fois leurs modèles capables de décrire, résoudre et simuler la concentration de particules chargées de virus dans une petite pièce dans l'espace et le temps, les chercheurs ont travaillé sur le calcul de la probabilité qu'un biocapteur soit capable de détecter ces particules.

Les calculs supposaient le déploiement d'un biocapteur qui utilise des anticorps pour se lier à un virus spécifique et initier un signal. Ils ont également pris en compte des paramètres tels que le temps et le volume d'échantillonnage des aérosols, l'efficacité de l'échantillonnage et la probabilité que les anticorps se lient à un virus.

"Notre étude fournit des outils mathématiques et de simulation essentiels pour nos recherches de pointe sur la communication par la respiration, qui, nous l'espérons, sera utilisé pour plus d'analyses et de conceptions de systèmes, ", explique Basem Shihada, informaticien de KAUST.

L'équipe développe actuellement un prototype d'échantillonnage et de détection d'aérosols pour les produits chimiques organiques exhalés dans l'haleine. « Nous prévoyons également de proposer des mécanismes qui réduisent la probabilité d'infection dans les petits espaces, y compris les mécanismes de ventilation, désinfection périodique de l'air et conception de murs absorbants et réfléchissants, " dit Shihada.