Le nouveau virus conquiert le monde. Plus il y aura de personnes infectées par Sars-CoV-2, plus il y aura de cas de maladie grave. Dans ces cas, le virus pénètre dans les voies respiratoires inférieures, provoquant l'attaque du tissu pulmonaire affecté par le propre système de défense de l'organisme. Les patients souffrent de symptômes aigus de l'essoufflement à une détresse respiratoire pure et simple.
Si la moitié de la surface des poumons est endommagée, il faut deux fois plus d'oxygène dans l'air que nous respirons pour que le corps reçoive un apport suffisant. «
Wendelin Stark, professeur à l'Institut de chimie et de bio-ingénierie, ainsi que chef du laboratoire des matériaux fonctionnels à l'ETH Zurich
Puisqu'il n'y a toujours pas de médicaments efficaces ou de vaccin contre le COVID-19, les personnes affectées doivent persister à survivre à la maladie jusqu'à ce que les symptômes disparaissent, généralement une période de deux à trois semaines. « L'oxygène peut gagner du temps », explique Stark.
Les masques ne sont pas le seul goulot d'étranglement
Il est déjà clair qu'il y a une pénurie croissante de masques et de respirateurs. Stark craint que la propagation rapide du virus n'entraîne un autre goulot d'étranglement: « Une analyse rigoureuse montre que davantage d'équipement est nécessaire pour enrichir l'oxygène. Surtout dans les pays à faible revenu, comme le Moyen-Orient ou l'Afrique, où il n'y en a que quelques-uns unités de soins intensifs disponibles. «
Les chercheurs de l'ETH Zurich poursuivent deux stratégies différentes. D'une part, Samuel Hess et Elia Schneider, qui ont tous deux étudié sous Stark pour leurs doctorats, s'appuient sur une nouvelle technologie de membrane. La membrane leur permet de séparer des molécules de tailles différentes. «La taille des pores de notre membrane peut être ajustée avec précision, ce qui rend notre plateforme technologique polyvalente», explique Hess. UniSieve AG, une entreprise dérivée de l'ETH avec laquelle Hess et Schneider commercialisent la technologie des membranes, produit déjà une membrane qui sépare l'oxygène de l'azote. L'équipe UniSieve transforme actuellement cette membrane en cartouches qui peuvent enrichir l'oxygène à l'aide d'air comprimé.
D'autre part, en réponse à la pandémie, Stark et son équipe conçoivent des concentrateurs d'oxygène aussi simples et aussi rentables que possible. « Cela nous motive que nous, en tant qu'ingénieurs, pouvons contribuer à améliorer la situation », explique Stark. «Nous avons déjà créé plusieurs prototypes, que nous développons et améliorons actuellement», ajoute Robert Grass, copilote de Stark dans ce projet. « Sur le site Web du projet, nous publions nos plans de construction et nos vidéos dans le but de reproduire les concentrateurs d'oxygène presque partout dans le monde – avec des matériaux disponibles partout. »
Des pièces de rechange transformées en laboratoires de recherche
Comme les appareils distribués commercialement, les prototypes de Stark et de son équipe contiennent également des colonnes remplies d'un matériau appelé Lithium X-zeolite. Le matériau a de très petits pores et une structure chimique spéciale, de sorte que les molécules d'oxygène dans l'air passent à travers, mais les molécules d'azote restent piégées. Il suffit donc de forcer l'air à travers la colonne par impulsions pour enrichir l'oxygène du mélange gazeux.
Le problème est que la zéolite X au lithium est chère et seules les entreprises hautement spécialisées proposent ce matériau. Stark et son équipe ont donc produit eux-mêmes le matériau microporeux à partir d'un dessiccant – un agent de séchage – et des batteries au lithium – dans leurs pièces de rechange qu'ils ont converties en laboratoires de recherche de fortune. Stark et son équipe ont calculé que trois bonnes batteries d'ordinateur portable peuvent produire suffisamment de lithium pour une salle de soins.
Solutions locales
Ceux qui peuvent construire eux-mêmes un appareil respiratoire ne dépendent pas des chaînes d'approvisionnement mondiales, qui sont moins fiables pendant la crise des coronavirus. Stark s'appuie sur des solutions locales: « Dans les pays à faible revenu, il existe une culture artisanale et d'atelier distincte – et de nombreuses personnes qualifiées et intelligentes. Je suis convaincu qu'avec nos instructions, elles seront capables de produire de l'oxygène localement, même dans des endroits reculés. . «
