Les masques faciaux sont devenus un outil important dans la lutte contre la pandémie de COVID-19. Cependant, une mauvaise utilisation ou une mauvaise élimination des masques peut entraîner une "transmission secondaire". Une équipe de recherche de la City University of Hong Kong (CityU) a réussi à produire des masques au graphène avec une efficacité antibactérienne de 80%, qui peut être amélioré à près de 100% avec une exposition au soleil pendant environ 10 minutes. Les premiers tests ont également montré des résultats très prometteurs dans la désactivation de deux espèces de coronavirus. Les masques de graphène sont facilement produits à faible coût, et peut aider à résoudre les problèmes d'approvisionnement en matières premières et d'élimination des masques non biodégradables.

La recherche est menée par le Dr Ye Ruquan, Professeur assistant du département de chimie de CityU, en collaboration avec d'autres chercheurs. Les résultats ont été publiés dans la revue scientifique ACS Nano , intitulé " Destruction bactérienne rapide auto-déclarée et améliorée photothermiquement sur un masque de graphène induit par laser ".

Les masques chirurgicaux couramment utilisés ne sont pas antibactériens. Cela peut entraîner un risque de transmission secondaire d'une infection bactérienne lorsque les personnes touchent les surfaces contaminées des masques usagés ou les jettent de manière inappropriée. De plus, les tissus soufflés à l'état fondu utilisés comme filtre bactérien ont un impact sur l'environnement car ils sont difficiles à décomposer. Par conséquent, les scientifiques ont cherché des matériaux alternatifs pour fabriquer des masques.

Conversion d'autres matériaux en graphène par laser

Le Dr Ye a étudié l'utilisation du graphène induit par laser dans le développement de l'énergie durable. Lorsqu'il étudiait son doctorat. diplôme à l'Université Rice il y a plusieurs années, l'équipe de recherche à laquelle il a participé et dirigée par son superviseur a découvert un moyen facile de produire du graphène. Ils ont découvert que l'écriture directe sur des films de polyimide contenant du carbone (un matériau plastique polymère à haute stabilité thermique) à l'aide d'un CO commercial 2 système laser infrarouge peut générer du graphène poreux 3-D. Le laser modifie la structure de la matière première et génère donc du graphène. C'est pourquoi il est nommé graphène induit par laser.

Le graphène est connu pour ses propriétés antibactériennes, donc dès septembre dernier, avant l'épidémie de COVID-19, produire des masques performants avec du graphène induit par laser est déjà venu à l'esprit du Dr Ye. Il a ensuite lancé l'étude en collaboration avec des chercheurs de l'Université des sciences et technologies de Hong Kong (HKUST), Université de Nankaï, et d'autres organisations.

Excellente efficacité antibactérienne

L'équipe de recherche a testé son graphène induit par laser avec E. coli, et il a atteint une efficacité antibactérienne élevée d'environ 82%. En comparaison, l'efficacité antibactérienne des fibres de charbon actif et des tissus soufflés à l'état fondu, les deux matériaux couramment utilisés dans les masques, n'étaient respectivement que de 2 % et 9 %. Les résultats de l'expérience ont également montré que plus de 90 % des E. coli déposés sur eux restaient en vie même après 8 heures, tandis que la plupart des E. coli déposés sur la surface du graphène étaient morts après 8 heures. De plus, le graphène induit par laser a montré une capacité antibactérienne supérieure pour les bactéries en aérosol.

Le Dr Ye a déclaré que davantage de recherches sur le mécanisme exact de la propriété bactéricide du graphène sont nécessaires. Mais il pensait que cela pourrait être lié aux dommages causés aux membranes cellulaires bactériennes par le bord tranchant du graphène. Et les bactéries peuvent être tuées par la déshydratation induite par la propriété hydrophobe (répulsive de l'eau) du graphène.

Des études antérieures suggéraient que le COVID-19 perdrait son infectiosité à des températures élevées. L'équipe a donc mené des expériences pour tester si l'effet photothermique du graphène (produisant de la chaleur après avoir absorbé la lumière) peut renforcer l'effet antibactérien. Les résultats ont montré que l'efficacité antibactérienne du matériau graphène pouvait être améliorée à 99,998% en 10 minutes sous la lumière du soleil, tandis que la fibre de carbone activé et les tissus soufflés à l'état fondu n'ont montré qu'une efficacité de 67% et 85% respectivement.

L'équipe travaille actuellement avec des laboratoires en Chine continentale pour tester le matériau de graphène avec deux espèces de coronavirus humains. Les premiers tests ont montré qu'il inactivait plus de 90 % du virus en cinq minutes et près de 100 % en 10 minutes sous la lumière du soleil. L'équipe prévoit d'effectuer des tests avec le virus COVID-19 plus tard.

Leur prochaine étape consiste à améliorer encore l'efficacité de l'antivirus et à développer une stratégie réutilisable pour le masque. Ils espèrent le lancer sur le marché peu de temps après avoir conçu une structure optimale pour le masque et obtenu les certifications.

Le Dr Ye a décrit la production de graphène induit par laser comme une « technique verte ». Tous les matériaux contenant du carbone, comme la cellulose ou le papier, peut être converti en graphène en utilisant cette technique. Et la conversion peut être effectuée dans des conditions ambiantes sans utiliser de produits chimiques autres que les matières premières, ni causer de pollution. Et la consommation d'énergie est faible.

"Les masques de graphène induits par laser sont réutilisables. Si des biomatériaux sont utilisés pour produire du graphène, cela peut aider à résoudre le problème de l'approvisionnement en matière première pour les masques. Et cela peut réduire l'impact environnemental causé par les masques jetables non biodégradables, " il ajouta.

Le Dr Ye a souligné qu'il est facile de produire du graphène induit par laser. En une minute et demie seulement, une surface de 100 cm² peut être convertie en graphène comme couche externe ou interne du masque. Selon les matières premières pour produire le graphène, le prix du masque au graphène induit par laser devrait se situer entre celui du masque chirurgical et celui du masque N95. Il a ajouté qu'en ajustant la puissance du laser, la taille des pores du matériau de graphène peut être modifiée de sorte que la respirabilité soit similaire à celle des masques chirurgicaux.

Une nouvelle façon de vérifier l'état du masque

Pour permettre aux utilisateurs de vérifier si les masques au graphène sont toujours en bon état après avoir été utilisés pendant un certain temps, l'équipe a fabriqué un générateur hygroélectrique. Il est alimenté par l'électricité produite à partir de l'humidité de l'haleine humaine. En mesurant la variation de la tension induite par l'humidité lorsque l'utilisateur respire à travers un masque de graphène, il fournit un indicateur de l'état du masque. Les résultats de l'expérience ont montré que plus les bactéries et les particules atmosphériques s'accumulaient à la surface du masque, plus la tension est faible. "La norme de la fréquence à laquelle un masque doit être changé est mieux décidée par les professionnels. Pourtant, cette méthode que nous avons utilisée peut servir de référence, " suggéra le Dr Ye.