Des chercheurs de l’Université du Maine et de l’Université du Massachusetts Amherst ont conçu de nouveaux filtres à air à revêtement liquide qui permettent une détection et une analyse précoces améliorées des bactéries et des virus en suspension dans l’air, y compris celui qui cause le COVID-19.
Alors que les filtres à air conventionnels aident à contrôler la propagation des maladies dans les espaces publics comme les hôpitaux et les centres de voyage, ils ont du mal à maintenir les agents pathogènes qu’ils capturent viables pour les tests. L’inefficacité peut inhiber la capacité des scientifiques à identifier les menaces biologiques dès le début, ce qui pourrait entraver toute réponse et mesure de protection.
L’équipe de recherche, dirigée par Caitlin Howell, professeure agrégée de génie biomédical à l’UMaine, a développé une membrane composite avec une couche liquide pour filtres qui convient mieux à la capture d’échantillons bactériens et viraux viables pour analyse. Ils ont modelé la membrane d’après la sarracénie de Nepenthes, qui a un rebord glissant et des parois internes qui font tomber les insectes et se retrouvent piégés dans son fluide digestif. En permettant aux bactéries et aux virus qu’ils capturent de pouvoir être examinés, les chercheurs affirment que leurs nouveaux filtres à air à revêtement liquide peuvent améliorer les efforts d’échantillonnage de l’air, la détection précoce des agents pathogènes et la biosurveillance pour la sécurité nationale.
Je pense que pour nos patients et nous-mêmes en tant que soignants, cette technologie nous donnera la confiance que nous sommes plus en sécurité dans la prestation des soins. Sachant que nous avons amélioré la sécurité, il est plus facile de quitter nos proches et d’aller travailler en prenant soin des autres. »
Dr Robert Bowie, directeur médical, Down East Emergency Medical Institute
Le groupe de chercheurs a développé plusieurs types de filtres contenant leur technologie de membrane enduite de liquide et a testé leur capacité à préserver et à libérer les bactéries E. coli ; SARS-COV-2, le virus qui cause le COVID-19 ; et le polyomavirus JC, qui attaque le système nerveux central.
Ils ont spécifiquement découvert que plus d’agents pathogènes en suspension dans l’air étaient capturés par les filtres à particules à haute efficacité (HEPA) avec leur membrane enduite de liquide que ceux sans. L’équipe a publié ses conclusions dans la revue Matériaux appliqués et interfaces ACS.
« Au début de la pandémie, nous observions en temps réel combien de problèmes étaient causés par le fait que personne ne savait où se trouvait le virus aéroporté et où il ne l’était pas. Nous avions un système qui pouvait commencer à répondre à ce besoin, donc il était de notre responsabilité d’intervenir et d’aider », déclare Howell.
Le projet était un effort interdisciplinaire important dans les domaines du génie biomédical, du génie chimique et de la microbiologie. L’équipe d’ingénierie biomédicale de l’UMaine comprenait le premier auteur et lauréat du prix présidentiel Susan J. Hunter, Daniel Regan, Ph.D. de la Graduate School of Biomedical Science, Engineering (GSBSE). l’étudiant Chun Ki Fong et l’ancien étudiant à la maîtrise Justin Hardcastle. L’équipe de microbiologie, dirigée par la professeure agrégée Melissa Maginnis, comprenait Avery Bond, titulaire d’un doctorat. étudiante en sciences moléculaires et biomédicales, et Claudia Desjardins, alors assistante de laboratoire universitaire en analyse des eaux usées. L’équipe de génie chimique, basée à UMass Amherst, était composée du professeur Jessica Schiffman et d’un Ph.D. étudiant Shao-Hsiang Hung. L’équipe a été rejointe par Andrew Holmes, chercheur en bioconfinement à l’Université du Maine Cooperative Extension.
Regan a d’abord présenté le concept initial de filtres à air à revêtement liquide pour capturer les aérosols contenant des bactéries à son comité de thèse en mars 2019, sur la base de conversations avec des chercheurs militaires et de préoccupations concernant la détection d’une contamination potentielle lors d’évacuations médicales. Il l’a également présenté dans une présentation pour le symposium étudiant UMaine 2020 intitulé « Optimisation des membranes à déclenchement liquide pour la capture et la libération de bioaérosols, qui lui a valu le prix Dr. Susan J. Hunter Presidential Research Impact Award.
Le concept a été développé et affiné lorsque Howell, Maginnis, Schiffman et Holmes ont réalisé que cela pouvait également s’appliquer aux aérosols contenant des virus au début de la pandémie de COVID-19 et ont demandé un financement à la National Science Foundation. En 2020, le projet a reçu un prix NSF EAGER de 225 000 $ – ; une subvention de concept précoce qui soutient « des idées ou des approches de recherche non testées, mais potentiellement transformatrices ».
« COVID-19 a été un rappel constant du rôle important que les capacités de biosurveillance fournissent aux décideurs pour avoir des informations détaillées pour réduire les risques biologiques », déclare Regan, maintenant membre du Janne E. Nolan Center on Strategic Weapons, un institut du Conseil sur les risques stratégiques à Washington, DC « Au cours de la seule année dernière, le monde a connu des agents pathogènes à conséquences graves, notamment une épidémie de monkeypox (ou mpox), une résurgence d’Ebola Soudan et un nombre élevé de cas d’infection par le virus respiratoire syncytial (VRS). Le besoin d’alerte précoce des agents pathogènes ne pourrait pas être plus important, et nous espérons que de nouveaux investissements dans les filtres à air à revêtement liquide pourront aider à faire progresser les capacités de biosurveillance pour la détection des aérosols. »
