Il est maintenant largement connu que le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2), qui est l’agent causal de la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19), se propage via des gouttelettes respiratoires. La persistance de l’aérosol dans l’environnement détermine en grande partie le succès de la transmission virale.
De plus, les gouttelettes chargées de virus peuvent également se déposer sur diverses surfaces en formant un fomite. Si le port de masques et le maintien des distances sociales contribuent à atténuer la propagation du virus, les surfaces communes que nous touchons contribuent à cette source secondaire de transmission virale.
Lorsqu’une gouttelette respiratoire d’une personne infectée par le COVID-19 ou d’un porteur asymptomatique atterrit sur une surface, elle est très puissante pour la transmissibilité. Bien qu’environ 99% du liquide s’évapore de la gouttelette, une fine couche d’humidité reste, ce qui maintient le virus viable. Bien qu’un assainissement fréquent ou l’application de plasma atmosphérique froid (CAP) sur des surfaces puisse inactiver le SRAS-CoV-2, réduisant ainsi le risque d’infection par la voie fomite, ces méthodes sont généralement peu pratiques.
Identifier les surfaces pour réduire les dépôts viraux
Dans un effort pour améliorer les méthodes de décontamination des surfaces, des chercheurs de l’Institut indien de technologie (IIT) de Bombay se sont penchés sur la fabrication de surfaces aux propriétés virucides. Plus précisément, ces scientifiques ont étudié les propriétés de surface qui pourraient empêcher la survie des virus sur ces surfaces, en particulier le SRAS-CoV-2.
L’étude de l’équipe, récemment publiée dans Physique des fluides, a démontré comment le taux d’évaporation des films minces résiduels sur les surfaces peut être accéléré en ajustant la mouillabilité des surfaces et en créant des microtextures géométriques sur celles-ci.
À cette fin, les chercheurs ont identifié la plage optimale pour la mouillabilité intrinsèque et la rugosité des surfaces. Les surfaces qui présentent ces propriétés étaient associées au taux d’évaporation de couche mince le plus rapide et, par conséquent, aux effets virucides les plus favorables.
En termes de physique, l’énergie interfaciale solide-liquide est améliorée par une combinaison de notre ingénierie de surface proposée et l’augmentation de la pression de disjonction dans le film mince résiduel, ce qui accélérera le séchage du film mince. «
Sanghamitro Chatterjee, auteur principal et stagiaire postdoctoral au département de génie mécanique.
Résultats de l’étude
La dynamique de la gouttelette décide de la transmissibilité du virus. Ces propriétés influentes des gouttelettes comprennent la vitesse d’évaporation, l’échelle de temps de séchage, la perte de volume de la gouttelette respiratoire, ainsi que la décroissance temporelle de la concentration du virion.
Dans leur article, les chercheurs ont expliqué que si l’évaporation de la goutte en vrac dépend de la diffusion liquide-vapeur, l’évaporation résiduelle en couche mince est régie par la pression de disjonction. L’évaporation du film mince résiduel est beaucoup plus lente que l’évaporation des gouttelettes.
Étant donné que la durée de vie du film mince résiduel contribue à la partie maximale du temps de survie du virus, les chercheurs se sont concentrés sur les moyens par lesquels le taux d’évaporation du film mince résiduel peut être accéléré et ont ensuite analysé le temps de survie du virus sur ces surfaces modifiées.
Une étude précédente du même groupe de chercheurs a démontré que le taux d’évaporation du film mince résiduel est beaucoup plus rapide sur les surfaces poreuses que sur les surfaces imperméables, ce qui rend ces surfaces moins sensibles à la survie du virus. On pense que cette viabilité réduite des virus est due à la présence de fibres orientées horizontalement et d’espaces vides, qui modifient la zone interfaciale solide-liquide (SL) efficace et induisent par la suite une pression de disjonction augmentée à se produire dans le film mince.
Motivés par cette étude, les chercheurs de l’IIT ont analysé le séchage d’une gouttelette respiratoire et de son film mince résiduel sur des surfaces physiquement texturées avec une mouillabilité variable. Suite à ces observations, les chercheurs ont été surpris de constater que l’adaptation de la mouillabilité et son couplage avec la texture de la surface permettaient d’obtenir des surfaces antivirales.
L’adaptation continue de l’un de ces paramètres ne donnerait pas les meilleurs résultats « , a déclaré Amit Agrawal, co-auteur. » L’effet antiviral le plus conducteur se situe dans une plage optimisée de mouillabilité et de texture. «
Les chercheurs ont expérimenté pour trouver les conditions optimales de mouillabilité et de rugosité de surface dans lesquelles la vitesse de séchage est la plus élevée et, par conséquent, la viabilité du virus serait à son plus bas. Ils ont adapté ces facteurs pour obtenir des effets virucides maximaux sur les surfaces dans le contexte du SRAS-CoV-2.
Perspectives d’avenir
Notre travail actuel démontre que la conception de surfaces anti-COVID-19 est possible « , a déclaré Janini Murallidharan, co-auteur. » Nous proposons également une méthodologie de conception et fournissons les paramètres nécessaires pour concevoir des surfaces avec les temps de survie les plus courts du virus. «
Les enseignements de cette étude sont utiles pour faire progresser les connaissances fondamentales dans le domaine de la dynamique d’évaporation des couches minces résiduelles, ainsi que l’effet combiné de la mouillabilité et de la texture de surface sur ces propriétés.
De plus, cette étude fournit des données importantes qui pourraient faire progresser la fabrication de surfaces aux propriétés virucides. Le développement de ces surfaces pourrait être particulièrement utile pour atténuer la propagation du SRAS-CoV-2 à partir de matériel de laboratoire médical et pathologique contaminé.
À l’avenir, notre modèle pourra facilement être étendu aux maladies respiratoires comme la grippe A, qui se propage par transmission fomite « , a déclaré Rajneesh Bhardwaj, co-auteur. » Depuis que nous avons analysé les effets antiviraux par un modèle générique indépendant de la géométrie spécifique de la texture , il est possible de fabriquer toutes les structures géométriques basées sur différentes techniques de fabrication – faisceaux d’ions focalisés ou gravure chimique – pour obtenir le même résultat. «
