Un seul oxyde métallique peut dégrader à la fois des agents chimiques de guerre et des agents biologiques de la menace. Cet oxyde qui agit par des réactions d’hydrolyse et d’oxydation des agents chimiques et par l’intermédiaire de peroxyde d’hydrogène et d’intermédiaires oxygénés et/ou par action directe sur les structures bactériennes mène à la formation de produits de dégradation non toxiques car de petite taille.
La dégradation du paraoxon, un simulant du VX, et de certaines bactéries peut être réalisée par un oxyde de magnésium mais son efficacité dépend étroitement de sa structure cristalline. L’équipe R&D de chez Ouvry SAS vient de publier ces résultats dans Chemico-Biological Interactions.
La mise en situation
Pour mettre au point un système de décontamination à large spectre nous avons testé un grand nombre d’oxydes métalliques sous forme de nanoparticules car ils sont bien connus pour leur importante activité catalytique. Parmi ces composés, l’oxyde de Magnésium, MgO, est, selon des travaux menés séparément, capable de neutraliser des toxiques chimiques et des micro-organismes.
Ce travail avait pour but de trouver un composé unique agissant à la fois sur le paraoxon (simulant VX) et sur des bactéries simulant la menace.
Matériels et méthodes
Le MgO étant non toxique pour les organismes vivants et l’environnement, d’un coût abordable et réputé actif sur les agents chimiques et biologiques c’est lui qui a été choisi. Les producteurs offrant un large choix de produit, 2 d’entre eux ont été testés : MgO-1 (étiqueté 325mesh) et MgO-2 étiqueté < nanopoudre < 50 nm.
Le simulant VX : paraoxon
Les souches bactériennes Staphylococcus aureus, Escherichia coli, spores de Bacillus subtilis. Ces souches ont été choisies car elles représentent bien de la diversité bactérienne. Les souches plus représentatives de la menace ont été testées dans un deuxième temps et les résultats seront publiés ultérieurement.
La dégradation du paraoxon a été mesurée au spectrophotomètre à la longueur d’onde de 270 nm. L’activité antibactérienne a été mesurée par numération des UFC en milieu gélosé.
Résultats et discussion
Les deux nanopoudres de MgO donnent des résultats totalement différents.
1- Dégradation du paraoxon
Dans ces conditions expérimentales, MgO-1 dégrade près de 90 % du paraoxon tandis que MgO-2 n’en détruit que 20 % après 3 heures d’action. Avec la terre de foulon utilisée comme témoin il manque 10 % de paraoxon ce qui correspond au substrat restant absorbé à la surface de la poudre.
2- Action antibactérienne
Après 3 heures, MgO-1 détruit 6 log d ’E. coli et 3 log de S. aureus tandis que MgO-2 détruit 2 log d’ E. coli et n’agit pas sur S. aureus.
En revanche, aucun composé n’a d’action sur les spores de Bacillus.
Ces résultats sont logiques lorsqu’on tient compte de la structure bactérienne : les bacilles à Gram négatif (E. coli) sont plus sensibles à l’action directe des nanoparticules désarticulant la membrane, contrairement aux bactéries à Gram positif (S. aureus) recouvertes d’un peptidoglycane important réduisant l’accès à cette dernière. Aucun système utilisant un nano-oxyde seul n’a été décrit comme pouvant avoir une action sur les spores de Bacillus. Les tuniques et le cortex protègent parfaitement la spore et le milieu interne trop sec de cette dernière ne permet peut-être pas la formation des produits oxygénés.
3- Recherche des sous-produits
La chromatographie en phase gazeuse (GC-MS) n’a pas mis en évidence de sous-produits de dégradation à cause de leur trop faible taille. On a même pu montrer que l’un des sous-produits de dégradation du paraoxon, le 4-nitrophénol, est lui-même dégradé par l’oxyde de magnésium le plus actif MgO-1. Ceci est en accord avec les différents travaux qui montrent que les produits issus de la dégradation des toxiques chimiques par des nano-oxydes ne sont pas toxiques.
Etude de la structure cristalline
Pourquoi ces 2 nanopoudres de MgO présentent-elles une telle discordance dans les résultats de dégradation, que ce soit vis-à-vis des produits chimiques que des micro-organismes ?
Les caractéristiques des produits commerciaux ne sont pas très explicites : MgO-1 : « 325mesh » et MgO-2 « nanopoudre < 50 nm ».
Nous avons donc étudié la structure cristalline de ces 2 composés au moyen de la microscopie électronique et de la diffraction aux rayons X. Dans un premier temps, les résultats montrent que ces composés présentent bien une taille nanométrique. Les particules de MgO-1 ont une taille moyenne de 11 nanomètres et elles présentent une structure en feuillets (voir figure). Quant aux particules de MgO-2, elles mesurent 25 nm en moyenne et ne se regroupent pas en feuillets (voir figure). Il semble donc que l’activité de ces nanoparticules soit inversement proportionnelle à leur taille et que l’arrangement en feuillets permet une plus grande surface de contact entre les particules actives et le produit chimique et/ou biologique à détruire.
La R&D chez Ouvry
Ces travaux ont été menés par l’équipe R&D de Ouvry SAS. Cette publication fait suite au poster présenté lors du « CBRN Research and Innovation, Antibes – Juan-les-Pins, 16-19 Mars 2015 » et a été publiée dans le numéro spécial de Chemico-biological Interactions.
« A new polyvalent product for immediate decontamination »
Amina Sellik, Thierry Pollet, Ludovic Ouvry, Stéphanie Briançon, François Renaud ».
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Une copie privée peut vous être envoyée sur demande à François Renaud
La première photo représente MgO-1 à l’échelle 2 micromètres, la seconde MgO-2 à la même échelle et la troisième MgO-1 à un grossissement 10 fois plus grand. On voit bien la structure en feuillets de MgO-1.
Photos de MgO-1 et MgO-2 :
MgO-1 à l’échelle 2 micromètres
MgO-2 à l’échelle 2 micromètres
MgO-1 à l’échelle 0.2 micromètres
On visualise bien la structure en feuillets de MgO-1.