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Des articles des professeures Boffito et Merle de Polytechnique illustrent la variété de la recherche en génie chimique

23 mars 2022 - Source : NOUVELLES

Un article de la professeure agrégée Daria Camilla Boffito, qui fait une synthèse des procédés ultrasoniques existants, a été publié dans la revue Chemical Reviews. Un article de la professeure adjointe Géraldine Merle, portant sur des revêtements de sutures plus résistants aux bactéries, a été publié dans la revue Scientific Reports.

Les professeures Daria Camilla Boffito et Géraldine Merle.
Les professeures Daria Camilla Boffito et Géraldine Merle.


Des procédés ultrasoniques qui changent la donne

Un article de la professeure agrégée Daria Camilla Boffito, rédigé avec des collaborateurs internationaux, a été publié récemment dans la revue Chemical Reviews de l'American Chemical Society.

L’article, intitulé « Sonoprocessing: From Concepts to Large-Scale Reactors », entreprend une synthèse minutieuse des procédés ultrasoniques existants, soit des procédés qui utilisent des ultrasons pour intensifier ou rendre plus efficaces des procédés industriels. En effet, lorsqu’un liquide est soumis à des ultrasons, des cavités gazeuses microscopiques (de très petites bulles) se forment et vont ensuite imploser violemment, ce qui entraîne une hausse de la pression et de la température localement à plusieurs micro-endroits à l'intérieur des réacteurs. Cette réaction peut entraîner une hausse de la performance du procédé de base, par exemple en accélérant celui-ci ou en le rendant plus efficace et moins énergivore.

Les procédés ultrasoniques ont un énorme potentiel d’application et sont déjà utilisés dans des domaines variés tels que la production de certains aliments, dans certains procédés pharmaceutiques et la remédiation des sols. Cependant, ils sont souvent très complexes et leur bon fonctionnement dépend de nombreux paramètres, parfois difficiles à contrôler ou à reproduire, ce qui fait qu’en ce moment, les ingénieurs et chercheurs ne sont pas souvent en mesure de les transposer à grande échelle.

L’article de Daria Camilla Boffito examine donc en détail les procédés déjà utilisés en industrie, ainsi que ceux qui sont encore au stade expérimental en laboratoire. Plus précisément, l’article s’attarde sur les différents paramètres des procédés ultrasoniques, et sur les différentes configurations des réacteurs utilisés dans ces procédés. La professeure Boffito termine l’article par une série de recommandations afin d’améliorer la recherche dans ce domaine.

« Les procédés ultrasoniques sont une avenue particulièrement intéressante à explorer pour rendre les industries moins énergivores, plus efficaces et donc meilleures pour l’environnement. Cependant, il y a encore énormément de travail à faire », indique Camilla Daria Boffito. « Notre synthèse des recherches existantes dans ce domaine nous a entre autres permis de constater que les auteurs et auteures d’articles scientifiques documentent mal les paramètres utilisés dans leurs procédés en laboratoire, ce qui rend le processus de mise à grande échelle encore plus difficile. Nous encourageons donc les chercheurs à mieux documenter leur expérience afin que les mises en application puissent se faire plus facilement à l’avenir. »

Daria Camilla Boffito est l’autrice principale de l’article. Daniela Meroni, chercheuse à l’Université de Milan, Ridha Djellabi, chercheur principal en chimie à l’Université de Milan, Muthupandian Ashokkumar, professeur à l’École de chimie de l’Université de Melbourne et Claudia L. Bianchi, professeure au Département de chimie de l’Université de Milan, ont contribué à l’article.

Chemical Reviews est publiée par l’American Chemical Society, une organisation réputée qui existe depuis 1876 et compte plus de 155 000 membres répartis dans 150 pays. Elle publie essentiellement des revues de littérature qui dressent des états de l’art approfondis, actuels et critiques sur des questions de recherche liées à divers sous-domaines de la chimie. Avec un facteur d’impact de 60,62 en 2020, Chemical Reviews arrive au premier rang des 178 revues de la catégorie de la « Chimie multidisciplinaire » selon Journal Citation Reports (JCR), une publication d’informations bibliométriques sur les revues scientifiques. La revue occupe d’ailleurs ce rang depuis plus de 20 ans. Fait à souligner : son facteur d’impact en 2020 la situe en 11ème position sur les quelque 21 000 revues recensées par JCR, devant des revues de grand renom comme Nature ou Science.

Référence : Meroni, D., Djellabi, R., Ashokkumar, M., Bianchi, C. L., & Boffito, D. C. (2021). « Sonoprocessing: From Concepts to Large-Scale Reactors ». Chemical Reviews, doi:10.1021/acs.chemrev.1c00438

Tuer les bactéries sur les sutures grâce aux nanoparticules métalliques

La professeure Géraldine Merle a développé l’idée et dirigé une étude portant sur une nouvelle méthode de revêtement par trempage de nanoparticules métalliques sans l’utilisation de produit chimique toxique ni d’équipement complexe pour modifier la surface de sutures chirurgicales. Ces travaux ont fait l’objet d’un article intitulé « Engineering surgical stitches to prevent bacterial infection », qui a été publié récemment par la revue Scientific Reports du groupe de presse Nature Research.

L’étude portait sur le dépôt de différentes nanoparticules métalliques biodégradables connues pour leurs propriétés antibactéricides sur des sutures afin de prévenir les infections de site opératoire (ISO), soit à l’incision qui est réalisée lors d’une intervention chirurgicale. Ces infections de site opératoire, qui constituent une cause majeure de morbidité et de mortalité chez les personnes ayant subi des chirurgies, sont causées notamment par l’adhérence et la prolifération de bactéries sur les sutures. De telles nanoparticules métalliques remplaceraient les antibiotiques, présentement appliqués sur les sutures, qui sont devenus inefficaces en raison d’un taux croissant de résistance du corps humain à ces antibiotiques.

Outre la définition d’une méthode novatrice d’application des nanoparticules, les travaux de recherche ont porté sur les capacités d'une variété de nanoparticules métalliques à tuer les bactéries, tout en conservant une cytocompatibilité - sans être nocif pour les cellules - et la capacité d’être biorésorbées par le corps.

L’étude a démontré que des revêtements de nanoparticules sur des sutures PDS II possédaient de fortes propriétés antibactériennes in vitro contre les bactéries Pseudomonas Aeruginosa (bacille pyocyanique) et Staphylococcus aureus (staphylocoque doré). Le pourcentage de bactéries mortes variait d’environ 40 %, pour les nanoparticules d’oxyde de magnésium (MgO), à environ 90 % pour les nanoparticules d’oxyde de fer (Fe2O3) après sept jours, contre un pourcentage d’environ 15 % de bactéries après une semaine sur des sutures PDS II sans revêtement.

Géraldine Merle est autrice correspondante de l’article dont l’autrice principale est Daniela Vieira, étudiante au doctorat en chirurgie expérimentale au Département de médecine de l’Université McGill, sous la supervision de la professeure Merle. L’étudiant à la maîtrise Samuel N. Angel, l’étudiant en médecine et à la maîtrise Yazan Honjol et l’étudiante à la maîtrise en génie Maude Masse, en chirurgie expérimentale à l’Université McGill, ainsi qu'Samantha Gruenheid, professeure titulaire au Département de microbiologie et d’immunologie de l’Université McGill, et Edward J. Harvey, professeur titulaire au Département de chirurgie de l’Université McGill, ont également contribué à l’article.

Créée en 2011, la revue Scientific Reports est une importante revue scientifique publiant des articles dans les domaines des sciences naturelles, du génie, de la médecine et de la psychologie. Ses publications sont presque entièrement disponibles en libre accès tout en étant soumises à un processus de révision par les pairs. La revue est publiée par Nature Research, qui appartient à Springer-Nature depuis 2015. Selon Journal Citation Reports, le facteur d’impact de la revue s’élevait à 4,38 en 2020, ce qui la plaçait au 17ème rang parmi les 72 revues associées à la catégorie « Sciences multidisciplinaires ».

Référence : Vieira, D., Angel, S. N., Honjol, Y., Masse, M., Gruenheid, S., Harvey, E. J., & Merle, G. (2022). « Engineering surgical stitches to prevent bacterial infection ». Scientific Reports, 12(1), 834. doi:10.1038/s41598-022-04925-5


Merci à Marie-Claude Dupuis, du Département de génie chimique, et à Jimmy Roberge, de la Bibliothèque Louise-Lalonde-Lamarre, pour leurs contributions à la rédaction de cet article.


En savoir plus

Article « Sonoprocessing: From Concepts to Large-Scale Reactors » (Accès par abonnement)
Article « Engineering surgical stitches to prevent bacterial infection »
Fiche d’expertise de la professeure Daria Camilla Boffito
Fiche d’expertise de la professeure Géraldine Merle
Site du Département de génie chimique
Site de la revue Chemical Reviews
Site de la revue Scientific Reports

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