La membrane filtrante rend les virus inoffensifs

Par Peter Rüegg

Des chercheurs de l’ETH Zurich mettent au point une nouvelle membrane filtrante très efficace pour filtrer et inactiver une grande variété d’air.borne et l’eau-virus transmis. Fabriquée à partir de matériaux écologiquement solides, la membrane a un envi convenablement bonempreinte ronmentale.

Les virus peuvent se propager non seulement par des gouttelettes ou des aérosols comme le nouveau coronavirus, mais aussi dans l’eau. En fait, certains agents pathogènes potentiellement dangereux des maladies gastro-intestinales sont des virus d’origine hydrique.

À ce jour, ces virus ont été éliminés de l’eau par nanofiltration ou osmose inverse, mais à un coût élevé et à un impact grave sur l’environnement. Par exemple, les nanofiltres pour les virus sont constitués de matières premières à base de pétrole, tandis que l’osmose inverse nécessite une quantité relativement importante d’énergie.

Développement d’une membrane respectueuse de l’environnement
Aujourd’hui, une équipe internationale de chercheurs dirigée par Raffaele Mezzenga, professeur d’alimentation et de matériaux mous à l’ETH Zurich, a développé une nouvelle membrane filtrante à eau à la fois très efficace et respectueuse de l’environnement. Pour le fabriquer, les chercheurs ont utilisé des matières premières naturelles.

La membrane filtrante fonctionne sur le même principe que Mezzenga et ses collègues ont développé pour éliminer les métaux lourds ou précieux de l’eau. Ils créent la membrane à l’aide de protéines de lactosérum dénaturées qui s’assemblent en filaments minuscules appelés fibrilles amyloïdes. En l’occurrence, les chercheurs ont combiné cet échafaudage de fibrilles avec des nanoparticules d’hydroxyde de fer (Fe-O-HO).

La fabrication de la membrane est relativement simple. Pour produire les fibrilles, des protéines de lactosérum dérivées de la transformation du lait sont ajoutées à l’acide et chauffées à 90 degrés Celsius. Cela provoque l’extension et la fixation des protéines les unes aux autres, formant des fibrilles. Les nanoparticules peuvent être produites dans le même vaisseau réactionnel que les fibrilles : les chercheurs augmentent le pH et ajoutent du sel de fer, provoquant la « désintégration » du mélange en nanoparticules d’hydroxyde de fer, qui se fixent aux fibrilles amyloïdes. Pour cette application, Mezzenga et ses collègues ont utilisé de la cellulose pour soutenir la membrane.

Cette combinaison de fibrilles amyloïdes et de nanoparticules d’hydroxyde de fer fait de la membrane un piège très efficace et efficient pour divers virus présents dans l’eau. L’oxyde de fer chargé positivement attire électrostatiquement les virus chargés négativement et les inactive. Les fibrilles amyloïdes seules ne seraient pas en mesure de le faire car, comme les particules virales, elles sont également chargées négativement à un pH neutre. Cependant, les fibrilles sont la matrice idéale pour les nanoparticules d’oxyde de fer.

Divers virus éliminés très efficacement
La membrane élimine un large éventail de virus d’origine hydrique, y compris les adénovirus non enveloppés, les rétrovirus et les entérovirus. Ce troisième groupe peut provoquer des infections gastro-intestinales dangereuses, qui tuent environ un demi-million de personnes – souvent de jeunes enfants dans les pays en développement et émergents – chaque année. Les entérovirus sont extrêmement résistants et résistants aux acides et restent dans l’eau pendant très longtemps, de sorte que la membrane filtrante devrait être particulièrement attrayante pour les pays pauvres comme moyen d’aider à prévenir de telles infections.

De plus, la membrane élimine également les virus de la grippe H1N1 et même le nouveau virus SARS-CoV-2 de l’eau avec une grande efficacité. Dans les échantillons filtrés, la concentration des deux virus était inférieure à la limite de détection, ce qui équivaut à l’élimination presque complète de ces agents pathogènes.

« Nous sommes conscients que le nouveau coronavirus est principalement transmis par des gouttelettes et des aérosols, mais en fait, même à cette échelle, le virus nécessite d’être entouré d’eau. Le fait que nous puissions l’éliminer très efficacement de l’eau souligne de manière impressionnante la large applicabilité de notre membrane », explique Mezzenga.

Bien que la membrane soit principalement conçue pour être utilisée dans les usines de traitement des eaux usées ou pour le traitement de l’eau potable, elle pourrait également être utilisée dans les systèmes de filtration de l’air ou même dans les masques. Étant donné qu’il se compose exclusivement de matériaux écologiquement sûrs, il pourrait simplement être composté après utilisation - et sa production nécessite un minimum d’énergie. Ces caractéristiques lui confèrent une excellente empreinte environnementale, comme le soulignent également les chercheurs dans leur étude. Parce que la filtration est passive, elle ne nécessite pas d’énergie supplémentaire, ce qui rend son fonctionnement neutre en carbone et d’une utilisation possible dans n’importe quel contexte social, des communautés urbaines aux communautés rurales.

En plus du laboratoire de Mezzenga, des scientifiques de plusieurs universités suisses ont participé aux travaux, dont des spécialistes des virus des Universités de Zurich, Lausanne et Genève, de l’EPFL, de l’Université de Cagliari et de la spin-off de l’ETH BluAct, qui détient le brevet sur cette nouvelle technologie.

Source: Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zurich)