Ils ont éclaté des bulles de toilettes, nager dans l'eau potable, se propager par la toux. De minuscules microbes infectieux, du virus qui cause le COVID-19 aux bactéries d'origine hydrique, tuent des millions de personnes dans le monde chaque année. Maintenant, les ingénieurs étudient comment les surfaces d'oxyde de zinc et le barattage hydrodynamique naturel ont le pouvoir de tuer les agents pathogènes en premier.

"La contamination bactérienne des surfaces communes et de l'eau potable a été traditionnellement les principales voies d'infection pour la transmission de maladies graves, conduisant souvent à la mortalité, " dit Abinash Tripathy, chercheur en génie mécanique et des procédés à l'ETH Zurich. "Notre objectif était de concevoir une surface qui puisse résoudre les deux problèmes."

Son groupe a immergé du zinc propre dans de l'eau chaude pendant 24 heures, qui a formé une surface d'oxyde de zinc recouverte de nanoaiguilles acérées. Ensuite, ils ont introduit la bactérie E. coli.

La surface tue très efficacement presque toutes les bactéries cultivées dessus. Et la plus grosse surprise ? Lorsque vous êtes assis dans de l'eau contaminée, la surface tue tous les E. coli d'origine hydrique en trois heures, même les bactéries qu'il n'a pas touchées.

Cette désinfection de l'eau à distance fonctionne car le procédé génère une espèce réactive de l'oxygène, qui endommage les parois cellulaires des bactéries. Le groupe de l'ETH Zurich, IIT Ropar Inde, et l'Empa, La Suisse, ont présenté leurs premières conclusions à la 73e réunion annuelle de la division de la dynamique des fluides de l'American Physical Society.

Dans les pays d'Asie du Sud-Est et d'Afrique où l'eau potable est rare, les méthodes actuelles de désinfection solaire de l'eau prennent jusqu'à 48 heures et nécessitent une intensité d'ensoleillement minimale. La nouvelle surface en oxyde de zinc accélère le processus de désinfection et n'a pas besoin de lumière.

"Cette surface peut être utilisée pour désinfecter l'eau dans les zones reculées à très faible coût, " a déclaré Tripathy. " La technique de fabrication est respectueuse de l'environnement, Facile, et économique."

Les agents pathogènes d'origine hydrique et de surface ne sont pas les seuls tueurs. Alors que la pandémie de COVID-19 s'est renforcée, les virus et les bactéries en suspension dans l'air représentent un sérieux défi mondial pour la désinfection.

Les gouttelettes mêmes qui transportent les agents pathogènes dans l'air peuvent jouer un rôle dans leur destruction. Dans les microsecondes que prennent les gouttelettes pour se former, leurs fluides se réarrangent rapidement, stressant les microbes à l'intérieur.

« Pensez à un seau avec un poisson dedans. On imagine que si vous commencez à mélanger trop rapidement le liquide dans le seau, le poisson ne sera pas très content, " a déclaré Oliver McRae, un ingénieur en mécanique. "C'est un genre de chose similaire, quoique sur une beaucoup, échelle beaucoup plus petite—quand vous avez, dire, un agent pathogène dans une gouttelette. Finalement, le fluide va trop s'agiter pour que cette bactérie ou ce virus survive. »

McRae et une équipe de l'Université de Boston et des Centers for Disease Control and Prevention étudiaient le fonctionnement de l'agitation hydrodynamique lorsque les bulles environnementales produisent des gouttelettes. Après le début de la pandémie, ils ont commencé à modéliser des gouttelettes similaires à celles produites par les poumons et les voies respiratoires.

En utilisant la dynamique des fluides numérique, l'équipe a prédit le fonctionnement de l'agitation pendant la formation d'aérosols. Ils ont découvert que les facteurs de stress sont très sensibles à la taille des gouttelettes. Si la gouttelette rétrécit ou grossit d'un ordre de grandeur, les facteurs de stress changent de deux ordres et demi de grandeur.

La recherche pourrait aider à expliquer pourquoi les agents pathogènes survivent dans certaines gouttelettes et pas dans d'autres.

« Notre objectif a été de quantifier les facteurs de stress dans ces gouttelettes, ", a déclaré McRae. "J'espère que cela sera utilisé à l'avenir dans le cadre d'un modèle plus large pour prédire la transmission des maladies par aérosol."