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Une invention appelée solarclave pourrait aider à prévenir les millions d'infections annuelles causées par du matériel médical mal nettoyé. Photo de Oara Neumann
L'autoclave, un appareil produisant de la vapeur pour tuer les bactéries et stériliser le matériel médical, a été inventé en 1879. Mais 134 ans plus tard, des infections causées par du matériel médical mal stérilisé affectent encore des centaines de millions de personnes. année, principalement dans les pays en développement. Dans les endroits où l'accès à la technologie autoclave est limité et à une alimentation électrique irrégulière, de nombreuses personnes subissent encore une intervention chirurgicale avec un matériel grouillant de bactéries, de virus et d'autres agents pathogènes.
La bonne nouvelle, cependant, est que ce problème pourrait être résolu rapidement, grâce à un dispositif appelé solarclave, développé par un groupe d'ingénieurs dirigé par Oara Neumann et Naomi Halas de l'Université Rice. Leur dispositif, décrit dans un article publié aujourd'hui dans Proceedings of the National Academy of Sciences, exploite la puissance du Soleil - ainsi que les caractéristiques uniques de nanoparticules spécifiques - pour assainir le matériel médical et les autres instruments sans recourir à une source d'électricité externe.
Les chercheurs n'étaient pas la première équipe à avoir eu l'idée d'utiliser l'énergie solaire pour stériliser du matériel, mais il s'agit du premier prototype fonctionnel qui a réussi les tests de stérilisation standard de la FDA. Les autoclaves classiques utilisent de l’électricité pour produire de la vapeur, mais cet appareil le fait en s’appuyant sur des nanoparticules de métal et de carbone (minuscules particules d’un diamètre égal à un millième de centimètre) dispersées dans une solution aqueuse.
Les caractéristiques thermodynamiques des nanoparticules amènent celles-ci à absorber de l'énergie beaucoup plus rapidement que le liquide environnant, ce qui génère une grande différence de température lorsque la lumière du soleil est collectée par une antenne miroir et que sa chaleur est canalisée dans la solution. La chaleur est ensuite transférée aux molécules d’eau adjacentes aux nanoparticules et les convertit directement en vapeur. Cette conception permet la conversion de l’énergie solaire en vapeur de manière extrêmement efficace: seulement 20% de l’énergie est utilisée pour élever la température du liquide et les 80% restants contribuent à la production et à la maintenance du bain de vapeur.
Contrairement à l’eau bouillie et transformée en vapeur, les nanoparticules sont capables de générer des quantités importantes de vapeur à 70 degrés Celsius, alors que la solution est encore bien en deçà de son point d’ébullition (de la vapeur a même été générée lorsque les chercheurs ont inséré la capsule un bain de glace, en le maintenant juste au-dessus de zéro degré Celsius). Ainsi, le solarclave peut effectuer ce qui est normalement un processus très consommateur d’énergie - la stérilisation des équipements médicaux - en utilisant uniquement l’intensité limitée de l’énergie solaire.
Les chercheurs ont utilisé cette technologie pour produire deux prototypes associés pouvant fonctionner hors réseau. L'un est un système à boucle fermée conçu pour stériliser le matériel médical et d'autres objets relativement petits; l'autre permet les intrants et est conçu pour stériliser les déchets humains et animaux afin de réduire la propagation des maladies, un problème récurrent dans les pays en développement. Les chercheurs estiment que, s’ils sont opérés trois fois par semaine, ils peuvent traiter l’urine et les matières fécales produites par une famille de quatre adultes.
Les prototypes ont été testés pour leur efficacité à tuer Geobacillus stearothermophilus, un type de bactérie qui se développe dans les sources chaudes et autres environnements chauds, et est donc plus difficile à éliminer par chauffage que la plupart des autres types de microbes. Les deux panneaux solaires ont réussi le test, tuant toutes les bactéries de l'échantillon en l'espace de 30 minutes.
Lors de tests, le solarclave a efficacement tué les bactéries, indiquant qu'il pourrait stériliser avec succès le matériel médical. Image via l'utilisateur Flickr mynameissharsha
Si ce type de technologie peut être produit à grande échelle, il est possible de réduire considérablement le nombre d'infections dans le monde. Les nanoparticules ne sont pas consommées pendant le processus de stérilisation, elles peuvent donc être réutilisées indéfiniment et des quantités d'eau relativement faibles sont utilisées à chaque cycle. Les chercheurs ont également cherché à utiliser des composants à faible coût autant que possible, mais étant donné que l'appareil en est encore au stade du prototype, il est difficile de dire quel sera le prix final.
À moins de problèmes de coût, le solarclave peut potentiellement être utilisé dans toutes sortes de circonstances où l'accès à l'électricité est la principale limitation. Les applications les plus immédiates sont la stérilisation des équipements médicaux et des déchets humains, mais les chercheurs pensent que le même type de technologie pourrait éventuellement être utilisé pour purifier l’eau et limiter la propagation des bactéries dans les produits alimentaires. L'efficacité remarquable de la conception dans la production de vapeur, disent-ils, pourrait même un jour être utilisée dans la production d'électricité.
