Scientifiques des matériaux de l'Université technologique de Nanyang, Singapour (NTU Singapore) a développé un "masque nanotechnologique" réutilisable qui peut filtrer 99,9% des bactéries, virus et particules (PM), ainsi que tuer les bactéries.

Son nouveau revêtement antimicrobien tue les bactéries en 45 secondes et est efficace pendant au moins 144 heures (six jours).

Son efficacité de filtration surpasse celle des masques N95 (filtration à 95 % de PM0.3) et peut être lavé et réutilisé plus de 10 fois.

A la mi-mai, Singapour a resserré ses mesures COVID-19 alors que le pays était confronté à une augmentation du nombre d'infections, et la population a été invitée à utiliser des masques faciaux à haute capacité de filtration pour aider à freiner la propagation du coronavirus.

Le masque made-in-NTU comprend deux composants clés :un revêtement antimicrobien à base de nanoparticules de cuivre développé et breveté par le professeur Lam Yeng Ming, enduit sur un masque en tissu inventé par le professeur agrégé Liu Zheng, qui a une propriété diélectrique unique qui attire toutes les nanoparticules et les germes.

le professeur Lam, qui est également président de l'École des sciences et de l'ingénierie des matériaux de NTU, a déclaré que son prototype de masque combine les deux propriétés les plus désirées nécessaires pour lutter contre COVID-19, dans un seul filtre.

« Dans les expériences, notre revêtement de nanoparticules de cuivre a une activité antibactérienne extrêmement rapide et soutenue, avec une efficacité de destruction allant jusqu'à 99,9 pour cent lorsqu'il rencontre des bactéries multirésistantes. Ce revêtement aidera à réduire la propagation des bactéries car il tue les microbes dans les gouttelettes piégées par les fibres du masque, qui offrent une excellente efficacité de filtration. Cela devrait donner aux utilisateurs une double couche de protection par rapport aux masques chirurgicaux conventionnels, " a expliqué le professeur Lam.

Des expériences sur l'efficacité antibactérienne du masque ont été menées en collaboration avec des scientifiques de l'Université nationale de Singapour (NUS). Ils ont simulé des conditions réelles en introduisant des bactéries multirésistantes sous forme de gouttelettes sur des surfaces en tissu et ont observé que presque toutes les bactéries étaient mortes en 45 secondes.

La raison de l'efficacité du revêtement antimicrobien était double :la première est la taille extrêmement petite des nanoparticules, qui sont environ 1, 000 fois plus petit que la largeur d'un cheveu humain. Collectivement, des millions de nanoparticules offrent une immense surface de contact pour les virus et les bactéries, par rapport aux particules plus grosses.

Le second est le niveau élevé de dommages oxydatifs causés par le matériau d'oxyde de cuivre. L'oxyde de cuivre induit la génération d'espèces réactives de l'oxygène, entraînant des dommages à l'ADN de structures cellulaires importantes dans les bactéries, comme la membrane cellulaire, l'endommageant gravement et provoquant la mort des bactéries.

Pour faciliter l'application, la solution de nanoparticules antimicrobiennes est conçue pour être appliquée par pulvérisation sur toutes les surfaces molles et dures.

Diverses études évaluées par des pairs ont montré que l'oxyde de cuivre est efficace pour tuer les virus, comme la récente étude publiée dans Matériaux et interfaces appliqués ACS par l'Université de Hong Kong et Virginia Tech, où les poignées de porte étaient recouvertes d'une couche d'oxyde de cuivre.

L'équipe NTU a testé son revêtement de nanoparticules dans des conditions difficiles pendant 120 cycles de lavage (en présence de savon ou de ses composants actifs à 45 °C) et a constaté qu'il n'y avait presque pas de perte de cuivre, ce qui pose très peu de risque de toxicité pour l'homme.

Les nanoparticules sont également liées aux fibres à l'intérieur du masque, il n'y a donc pas de contact avec la peau humaine lorsque le masque est porté.

Capacités de piégeage supérieures du masque

Tuer les virus et les bactéries ne fonctionnerait que si le masque est capable de les piéger et de les empêcher de passer. C'est là que la percée d'Assoc Prof Liu s'est avérée utile.

L'année dernière, son équipe a développé un moyen d'intégrer des matériaux diélectriques aux fibres plastiques lors du processus de fabrication d'un filtre en tissu non tissé en polypropylène (PP), couramment utilisé dans les masques chirurgicaux jetables utilisés par les hôpitaux. Cela a été fait en collaboration avec le professeur Guan Li de l'Université Renmin de Chine.

Les matériaux diélectriques ont d'excellentes capacités électrostatiques, qui peut attirer et se lier à des particules possédant une charge négative ou positive, similaire à la façon dont les aimants attirent les particules métalliques.

Fabriqué à partir de fibres d'un diamètre de 200 à 300 nanomètres, le masque a une surface plus élevée qui réduit la résistance respiratoire, ce qui permet à son porteur de respirer plus facilement par rapport aux respirateurs N95 conventionnels, qui sont plus denses.

Dans les essais, le tissu composite diélectrique de nouvelle génération avait une efficacité de filtration 50 % supérieure à celle des masques en PP pur, qui sont généralement évalués à 95 pour cent de BFE (efficacité de filtration bactérienne).

Assoc Prof Liu a déclaré:"Avec notre nouveau filtre composite, nous pouvons atteindre jusqu'à 99,9% de BFE, piégeant presque tous les microbes et les particules de la fumée ou de la brume. Son efficacité de filtration surpasse un masque N95 mais permet au porteur de respirer beaucoup plus facilement.

"Plus important, il peut être produit en série facilement en utilisant le processus de production actuel. Il est également lavable plus de 10 fois avant de perdre en efficacité de filtration, le rendant plus durable que les masques jetables à usage unique actuels. »

Dans les expériences, le masque a été capable d'attirer et de piéger une large gamme de particules :de PM10 (taille moyenne des particules de 10 microns) à PM0.3 (0,3 microns—environ 0,3 pour cent du diamètre d'un cheveu humain) avec une efficacité de filtration de 99,9 pour cent .

Le revêtement antimicrobien a un brevet déposé par l'entreprise et la société d'innovation de NTU, NTUitive, et l'équipe du professeur Lam travaille déjà avec une entreprise locale pour l'enduire sur leurs produits.

Le matériau en tissu composite diélectrique d'Assoc Prof Liu est maintenant utilisé par un fabricant étranger pour fabriquer des masques N95 aussi faciles à respirer que les masques chirurgicaux jetables et disponibles dans le commerce.

L'équipe cherche maintenant à travailler avec des partenaires industriels locaux qui souhaitent obtenir une licence et augmenter la production de leur masque 2 en 1 et préparent actuellement des articles scientifiques à soumettre dans des revues scientifiques.

Les scientifiques de NTU ont travaillé sur le développement de solutions dans la lutte mondiale contre COVID-19.

Il s'agit notamment d'innovations telles que les robots de désinfection autonomes, Des kits de test rapide COVID-19 et un éthylotest, un masque intelligent, revêtements antimicrobiens, ainsi que la recherche fondamentale sur le coronavirus pour trouver de nouvelles cibles médicamenteuses pour le traitement et le développement de vaccins.

La santé est l'un des grands défis de l'humanité que NTU cherche à relever dans le cadre du plan stratégique NTU 2025.