Une membrane filtrante rend les virus inoffensifs

Les virus peuvent se propager de différentes manières. Certains le font par le biais de gouttelettes et d'aérosols, comme le nouveau coronavirus, d'autres se retrouvent dans l'eau, comme les rotavirus ou les entérovirus.

Jusqu'à présent, ces virus aquatiques étaient éliminés de l'eau par nanofiltration ou par le procédé de l'osmose inverse, ce qui est co?teux et pollue l'environnement. Les nanofiltres, par exemple, sont composés de matières premières à base de pétrole, et l'osmose inverse nécessite une quantité d'énergie relativement importante.

Développement d'une membrane respectueuse de l'environnement

Une équipe internationale de chercheurs dirigée par Raffaele Mezzenga, professeur d'alimentation et de matériaux souples à l'ETH Zurich, a développé une nouvelle membrane filtrante qui élimine les virus de l'eau de manière très efficace et respectueuse de l'environnement. Pour sa fabrication, les chercheurs ont utilisé des matériaux de base naturels.

La membrane filtrante est basée sur le même principe que celui développé par Mezzenga et ses collaborateurs pour éliminer les métaux lourds ou précieux de l'eau. La base de la membrane est constituée de protéines de lactosérum dénaturées qui s'assemblent en très fines filaments appelés fibrilles amylo?des. Les chercheurs ont désormais combiné cette structure fibrillaire 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 issues de la transformation du lait sont ajoutées à de l'acide et chauffées à 90 degrés Celsius. Les protéines s'allongent alors et s'accumulent les unes sur les autres, formant ainsi des fibrilles. Les nanoparticules peuvent être produites dans le même réacteur que les fibrilles, en augmentant le pH et en ajoutant du sel de fer. Celui-ci se "décompose" en nanoparticules d'hydroxyde de fer qui s'attachent aux fibrilles amylo?des. Dans ce cas, Mezzenga et ses collaborateurs ont utilisé de la cellulose comme sponsor pour la membrane.

La combinaison de fibrilles amylo?des et de nanoparticules d'hydroxyde de fer fait de cette membrane un piège très efficace et performant pour différents virus circulant dans l'eau. L'oxyde de fer chargé positivement attire électrostatiquement les virus chargés négativement et les rend inactifs. Les fibrilles amylo?des seules ne seraient pas en mesure de le faire, car elles sont également chargées négativement, tout comme les particules virales, à un pH neutre. Les fibrilles sont toutefois le sponsor idéal pour les nanoparticules d'oxyde de fer.

Différents virus éliminés de manière très efficace

La membrane élimine différents virus dans l'eau, dont les adénovirus, rétrovirus et entérovirus sans enveloppe, qui peuvent provoquer de dangereuses infections gastro-intestinales. Chaque année, près d'un demi-million de personnes - souvent des enfants en bas ?ge dans les pays en développement et émergents - meurent d'infections par des entérovirus. Ceux-ci sont extrêmement tenaces et résistants aux acides et restent très longtemps dans l'eau. La membrane filtrante pourrait donc contribuer à prévenir de telles infections, notamment dans les pays pauvres.

La membrane élimine également très efficacement de l'eau les virus de la grippe H1N1 ainsi que le virus du Sras-Cov-2. Dans les échantillons filtrés, la concentration des deux virus était inférieure à la limite de détection, ce qui équivaut à une élimination presque complète de ces agents pathogènes.

"Nous sommes conscients que le nouveau coronavirus se transmet principalement par des gouttelettes et des aérosols. Mais même dans ce cas, il doit toujours être entouré d'eau. Le fait que nous puissions également l'éliminer très efficacement de l'eau souligne de manière impressionnante la large applicabilité de notre membrane", déclare Mezzenga.

La membrane a été con?ue en premier lieu pour être utilisée dans les stations d'épuration ou pour le traitement de l'eau potable. Mais elle pourrait également être utilisée dans des systèmes de filtration de l'air ou même dans des masques. Elle se compose exclusivement de matériaux biocompatibles - et pourrait donc être facilement compostée après utilisation - et peut être produite avec une dépense d'énergie minimale. Elle présente donc un excellent bilan environnemental, comme le montrent également les chercheurs dans leur étude. La filtration est passive, c'est-à-dire qu'elle ne nécessite pas d'énergie supplémentaire, ce qui rend son fonctionnement neutre en CO2 et la prédestine à différents lieux d'utilisation.

Outre le laboratoire de Raffaele Mezzenga, des scientifiques de plusieurs universités suisses ont participé à ce travail, notamment des spécialistes des virus des Universités de Zurich, Lausanne et Genève, de l'EPFL, de l'Université de Cagliari et du spin-off de l'ETH Zurich. page externeBluAct. L'entreprise détient le brevet de cette nouvelle technologie.