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Le MIT conçoit un masque chauffant COVID pour filtrer et inactiver les coronavirus

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Le masque réutilisable comprendrait un treillis de cuivre chauffé alimenté par une batterie et entouré de néoprène isolant.

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Il a été démontré que les masques faciaux sont efficaces pour filtrer les virus tels que le virus du SRAS-CoV-2, réduisant ainsi le risque d'infection. Une équipe de chercheurs du MIT espère maintenant aller plus loin et créer un masque qui inactive les virus par la chaleur.

Les chercheurs visent à construire des masques qui incorporent une maille de cuivre chauffée. Lorsque la personne qui porte le masque inspire et expire, l'air circule de manière répétée à travers la maille, et toutes les particules virales présentes dans l'air sont ralenties et inactivées par la maille et les températures élevées. Un tel masque pourrait être utile aux professionnels de la santé, selon les chercheurs, ainsi qu'aux membres du public dans des situations où la distance sociale serait difficile à atteindre, comme dans un bus bondé.

"C'est un concept de masque complètement nouveau dans la mesure où il ne bloque pas principalement le virus. Il laisse en fait le virus passer à travers le masque, mais le ralentit et l'inactive", explique Michael Strano, le professeur de génie chimique Carbon P. Dubbs au MIT.

Les chercheurs ont commencé à construire des prototypes et espèrent commencer à les tester bientôt. Ils ont décrit le nouveau concept et le nouveau design dans un article qu'ils ont posté sur bioRxiv, un serveur de préimpression en ligne, et ils ont également soumis l'article à une revue évaluée par des pairs.

Strano est l'auteur principal de l'article, et Samuel Faucher, étudiant diplômé du MIT, en est l'auteur principal. Parmi les autres auteurs figurent Daniel Lundberg, Xinyao Liang et Xiaojia Jin, étudiants de troisième cycle au MIT, Rosalie Phillips, étudiante de premier cycle, Dorsa Parviz, post-doctorante, et Jacopo Buongiorno, professeur de sciences et d'ingénierie nucléaires au MIT (TEPCO).

Inactivation des virus

Strano et Buongiorno ont commencé à explorer des concepts pour de nouveaux types de masques faciaux en mars, peu après que le MIT ait mis fin à ses opérations de recherche sur le campus. Ils ont commencé par fouiller dans les rapports scientifiques existants sur les différents types de masques, et n'ont trouvé aucun masque conçu principalement pour tuer les virus par la chaleur.

"Les masques que nous portons maintenant sont conçus pour capturer une partie du virus. Ils offrent une protection, mais personne ne pense vraiment à inactiver le virus et à stériliser l'air. Cela m'a surpris", dit Strano.

L'équipe s'est attachée à concevoir un masque qui tuerait les virus par la chaleur. Ils ont décidé d'utiliser une maille de cuivre comme élément de chauffage et de capture, et ont effectué une modélisation mathématique pour déterminer la plage de température optimale qu'ils devraient atteindre pour tuer les coronavirus qui se déplacent vers l'intérieur ou vers l'extérieur à partir de la respiration naturelle.

"La grande majorité des masques actuels fonctionnent par filtration, en filtrant les particules par leur taille ou leur charge électrique", explique M. Faucher. "Ce masque repose sur un mécanisme différent et fonctionne principalement par inactivation thermique"

Les chercheurs ont calculé la vitesse à laquelle les coronavirus se dégradent à différentes températures et dans différentes conditions de piégeage, et ont découvert qu'une température d'environ 90 degrés Celsius pouvait entraîner une réduction des particules virales de mille à un million de fois, selon la taille finale du masque. Ils ont également montré que cette température peut être atteinte en faisant passer un courant électrique à travers un treillis de cuivre de 0,1 millimètre d'épaisseur ou un chauffage thermoélectrique, alimenté par une petite batterie. Les prototypes actuels comprennent une pile de 9 volts, qui fournirait suffisamment de puissance pour chauffer le masque pendant quelques heures et refroidir l'air avant qu'il ne soit inhalé.

"Bien sûr, nous devons être attentifs à la sécurité et au confort des utilisateurs de masques", déclare M. Faucher. "L'air sera refroidi après l'inactivation virale pour rendre le masque confortable et sûr à utiliser"

Les chercheurs ont pu améliorer l'efficacité de la désactivation des virus en profitant de la respiration pour créer un type de réacteur connu sous le nom de réacteur à flux inversé. Lorsque la personne qui porte le masque inspire et expire, le flux d'air s'inverse continuellement, ce qui permet aux virus présents dans le masque de passer plusieurs fois par-dessus la maille et augmente la probabilité qu'ils soient désactivés. L'air purifié s'écoule par les orifices de ventilation situés des deux côtés du masque.

"Cette conception signifie que vous pouvez porter un petit masque, quelque chose qui s'adapte à votre visage, mais le virus peut passer beaucoup plus de temps à être désactivé qu'il ne le ferait sans la conception du réacteur à flux inversé", explique M. Strano.

Le treillis de cuivre est entouré de néoprène, un matériau isolant qui empêche l'extérieur du masque de devenir trop chaud pour être porté.

"Atteindre la température nécessaire à l'inactivation du virus tout en isolant thermiquement le visage de la personne et en assurant une inhalation d'air frais acceptable a constitué un défi intéressant en matière de transfert de chaleur, que nous avons résolu grâce à l'isolation en néoprène et au chauffage régénératif", explique M. Buongiorno.

"Une meilleure technologie

Les respirateurs N95, les masques chirurgicaux et les masques en tissu sont efficaces et doivent être utilisés pendant la pandémie selon les instructions, explique M. Strano, mais un avantage potentiel des masques chauffants est que, comme ils tuent le virus, ils n'ont pas besoin d'être décontaminés ou jetés après usage. De plus, ils peuvent offrir une protection supplémentaire en éliminant le virus plutôt qu'en le filtrant seulement.

"Ce que nous montrons, c'est qu'il est possible de porter sur le visage quelque chose qui n'est pas trop encombrant, qui peut en fait vous permettre de respirer un air médicalement stérile", dit Strano. "La perspective de pouvoir respirer de l'air médicalement stérile et d'expirer de l'air médicalement stérile, en protégeant les gens autour de vous et en vous protégeant vous-même, n'est que la prochaine étape. C'est une meilleure technologie"

Les masques chauffants seraient plus chers que les masques en tissu ou les masques chirurgicaux, mais ils peuvent être utiles dans des situations où le risque d'exposition est élevé et le coût moins préoccupant, selon les chercheurs. Ils ont déposé un brevet sur la conception de leur masque, et ils prévoient de commencer à tester des prototypes au MIT avec des collaborateurs.

La recherche a été financée dans le cadre d'un projet parrainé par le Bureau de la recherche navale