Les chercheurs ont terminé une nouvelle étude sur la capacité de divers tissus naturels et synthétiques à filtrer les particules de taille similaire au virus qui cause le COVID-19. Sur les 32 tissus testés, trois des cinq particules les plus efficaces pour bloquer les particules étaient 100 % coton et avaient une fibre ou une sieste visible surélevée, comme on en trouve sur les flanelles. Quatre des cinq moins performants étaient des matériaux synthétiques. Les tests ont également montré que plusieurs couches de tissu pouvaient encore améliorer l'efficacité du coton. Aucun des matériaux ne s'est approché de l'efficacité des masques N95.

Bien que la taille de l'échantillon soit relativement petite, les chercheurs ont remarqué que les tissus tissés plus serrés filtraient généralement mieux que les tricots et les tissus tissés lâchement. Les tissus 100 % coton avec de nombreuses fibres surélevées semblaient également filtrer mieux que les tissus en coton dépourvus de cette caractéristique. Les fibres surélevées forment souvent des structures en forme de toile similaires à celles des masques de qualité médicale.

Trois chercheurs du National Institute of Standards and Technology (NIST)—Christopher Zangmeister, James Radney et Jamie Weaver ont fait équipe avec Edward Vicenzi du Museum Conservation Institute de la Smithsonian Institution pour évaluer les matériaux et déterminer à la fois leur capacité à filtrer les particules et leur respirabilité. Leurs résultats paraissent dans la revue ACS Nano .

Les Centers for Disease Control and Prevention (CDC) des États-Unis recommandent aux gens de porter des couvre-visages en tissu dans les lieux publics où la distanciation sociale est difficile, principalement pour empêcher une personne qui ne sait pas qu'elle est infectée de propager le virus.

Le virus qui cause le COVID-19 se propage principalement par les gouttelettes respiratoires qui sont expulsées lorsqu'une personne éternue, tousse ou même parle. Cependant, certaines recherches suggèrent également que le virus peut se propager à travers des aérosols beaucoup plus petits - plus petits que 1/100e de la largeur d'un cheveu humain - qui sont également expulsés, et qui peuvent rester dans l'air beaucoup plus longtemps que les gouttelettes.

"Il s'avère que les matériaux du commerce offrent une certaine protection contre les aérosols si vous utilisez plusieurs couches de tissu et qu'un couvre-visage est bien ajusté, " a déclaré Zangmeister. "Mais aucun n'est aussi bon qu'un masque N95."

Le projet a mesuré une façon courante de déterminer dans quelle mesure un matériau capte les particules, appelé efficacité de filtration. Zangmeister et Radney, experts dans la mesure des aérosols, mis en place une expérience relativement simple qui reposait sur un équipement extrêmement sensible pour le dimensionnement et le comptage des particules d'aérosol.

Les expériences ont utilisé des échantillons de tissu, ou des échantillons, plutôt que des masques complets. "Essentiellement, nous prenons un échantillon de matériau et y déversons un flux de particules d'une taille connue, " a déclaré Zangmeister. "Nous comptons le nombre de particules dans l'air avant et après son passage à travers le tissu. Cela nous indique à quel point le matériau est efficace pour capturer les particules. »

Au lieu d'échantillons réels (et dangereux) du virus SARS-CoV-2, l'équipe a utilisé du sel de table, ou chlorure de sodium (NaCl), le substitut recommandé pour les particules virales par le National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) du CDC, qui établit des normes de test pour le N95 et d'autres masques. Les débits d'air utilisés dans les expériences provenaient également des recommandations des tests NIOSH.

Les chercheurs ont testé chaque matériau contre des particules allant de 50 à 825 nanomètres (nm) pour tracer ses performances relatives.

Pendant ce temps, Tisserand, un chimiste des matériaux avec une formation en textile, et Vicenzi, un expert en microscopie, étudié chaque pièce de tissu pour déterminer son titre de fil, tisser et masser dans l'espoir d'établir une relation entre ces caractéristiques et la capacité du tissu à filtrer les particules.

Les particules du virus SARS-CoV-2 ont un diamètre d'environ 110 nm. Les masques N95 sont rigoureusement testés pour garantir qu'ils bloquent au moins 95 % des particules dans cette gamme de taille. Un filtre HEPA (air particulaire à haute efficacité) comme ceux que vous pourriez trouver dans un purificateur d'air bloque 99,97 % des particules d'une taille d'environ 300 nm, et un pourcentage encore plus élevé de particules plus petites. Parmi les tissus testés dans l'étude NIST, la couche de tissu unique la plus performante a bloqué 20 % des particules dans la gamme de taille du virus.

Alors que Zangmeister et Radney menaient les expériences sur les aérosols à Gaithersburg du NIST, Maryland, Campus, Weaver et Vicenzi ont pu effectuer leur travail d'imagerie à domicile où ils travaillent depuis la mi-mars.

« Nous avons intentionnellement utilisé des microscopes numériques bon marché et des logiciels gratuits pour faire notre part de la recherche à domicile, " a déclaré Weaver. " L'une des motivations pour cela était de développer des méthodes d'imagerie qui permettraient aux citoyens scientifiques de mieux étudier les tissus pour des coûts de démarrage relativement faibles. "

En plus des tissus, l'équipe a examiné des matériaux, notamment un filtre HEPA, Masque n95, un masque chirurgical et même des filtres à café, qui ont été suggérés pour une utilisation dans les couvre-visages faits maison, en comparaison. L'équipe a également testé des combinaisons de tissus (un coton et une couche synthétique), qui n'a pas montré une efficacité accrue.

En combinant imagerie et mesures d'aérosols, l'équipe a découvert que certains tissus qui filtrent le plus de particules sont aussi les plus difficiles à respirer, et certains ne respectent même pas les recommandations de santé et de sécurité en matière de respirabilité.

"La texture s'est avérée être l'un des paramètres les plus utiles à examiner car nous avons constaté que la plupart des tissus en coton avec des fils en relief avaient tendance à mieux filtrer, " a déclaré Weaver. "Nos résultats suggèrent que la capacité d'un tissu à filtrer les particules est basée sur une interaction complexe entre le type de matériau, structures de fibres et de tissage, et le nombre de fils."

Cette recherche s'ajoute au corpus de connaissances sur les tissus et la filtration qui remonte à la pandémie de grippe de 1918 qui a tué environ 20 à 50 millions de personnes dans le monde et a suscité les premières recherches sur les masques en tissu et leur potentiel de protection contre les virus. Il soutient également des recherches ultérieures suggérant que les filtres en tissu ne conviendraient pas aux établissements de soins de santé.

Mais malgré des décennies de recherche sur le sujet, l'équipe a constaté qu'un manque de méthodes de test standard et la large gamme de matériaux testés rendaient difficile la comparaison directe des résultats d'études publiées précédemment. Ils espèrent que leur travail fournira une méthode de dépistage rapide des matériaux.

« Nous ne connaissions pas la réponse lorsque nous avons commencé ce projet, " a déclaré Zangmeister. " Mais l'essentiel est qu'aucun de ces tissus n'est aussi bon qu'un masque N95. Toujours, les couvre-visages en tissu peuvent aider à ralentir la propagation du coronavirus. Nous espérons que cette recherche aidera les fabricants et les bricoleurs à déterminer les meilleurs tissus pour le travail et servira de base à des recherches supplémentaires."

L'équipe prévoit de commencer une autre série de tests sur un nouvel ensemble de matériaux dans un proche avenir. Weaver et Vicenzi ont mis à niveau leur matériel d'imagerie et prévoient d'utiliser une analyse de texture plus sophistiquée pour la prochaine série de tissus.