Type de document
Rapports de recherche scientifique
Année de publication
2022
Langue
Français
Résumé
Les gants de polymère sont utilisés comme équipements de protection individuels dans de nombreux secteurs d’activité professionnelle où les risques chimiques sont présents. Leur efficacité à bloquer le passage de certains contaminants doit être mesurée par des méthodes d’essais précises et standardisées. Les mesures de résistance chimique sont généralement effectuées en utilisant une cellule de perméation, un petit appareil contenant deux réservoirs séparés par la membrane dont on veut mesurer le potentiel-barrière : l’un contient le contaminant, l’autre contient un milieu collectant le contaminant après que celui-ci ait passé à travers la membrane. Au fur et à mesure de l’expérience, le milieu collecteur est échantillonné pour en mesurer la teneur en contaminants. Le temps de résistance de la membrane au passage des contaminants, ainsi que leur vitesse de passage à travers celle-ci, sont ainsi évalués.
En Amérique du Nord, les tests de perméation des contaminants à travers les gants de polymère sont encadrés par des normes (exemple : ASTM-F739). Cette méthode est bien éprouvée pour la mesure du passage de molécules de solvants à travers les gants. Or, lorsque l’on veut mesurer le passage de molécules moins volatiles, ou à faible concentration, car potentiellement très toxiques (ex. pesticides ou agents de chimiothérapie), ou encore des nanoparticules (NP), les limites de détection des techniques analytiques actuelles sont généralement insuffisantes. Elles ne permettent pas de mesurer en temps réel la cinétique de passage des contaminants à travers les gants ; il est donc impossible de tirer à partir des courbes de perméation certaines données cruciales tels le coefficient de diffusion, le temps de passage (ou temps de latence avant perméation), le taux de perméation et l’afflux des contaminants dans la membrane.
Afin de mesurer précisément et de façon quantitative les paramètres cinétiques décrivant le passage de contaminants à travers les gants, il est nécessaire de développer une cellule de perméation utilisant un mode de détection ayant un degré de sensibilité très élevé et permettant des mesures en continu. Dans ce projet de recherche, une nouvelle technologie a été développée sous la forme d’une cellule de perméation adaptée à l’imagerie nucléaire par tomographie par émission de positons (TEP). La TEP permet de détecter des molécules et des nanoparticules à un degré de sensibilité largement supérieur aux méthodes spectroscopiques et spectrométriques habituellement employées pour la détection des processus de perméation. Le dispositif a été élaboré à partir de polymère dont la nature et les dimensions n’atténuent pas les rayonnements émis par les radioisotopes utilisés pour marquer les molécules et les nanoparticules.
La nouvelle technologie de cellule de perméation sous TEP a été testée sur des échantillons de gants de latex et de nitrile parmi les plus couramment utilisés dans les laboratoires biomédicaux et les cliniques de médecine nucléaire situées dans les centres hospitaliers. Comme contaminant type, des nanoparticules d’or (AuNP) ont été employées, car ce type de produit, de plus en plus utilisé en médecine, est particulièrement difficile à détecter par les techniques de mesure usuelles dans les tests de perméation. Les données acquises lors de ces études ont permis de révéler des profils de perméation de nanoparticules à une très haute résolution temporelle, avec une sensibilité de détection permettant de calculer tous les paramètres principaux décrivant la perméation des contaminants à travers les membranes (coefficient de diffusion, temps de latence, taux de perméation, etc).
Les temps de latence au début de la perméation, mesurés dans le compartiment donneur, étaient tous supérieurs à 3 heures, ce qui est largement au-dessus de la durée maximale usuelle pour le port d’une même paire de gants de polymère. Ces résultats confirment qu’une fraction infime de NP passe à travers les membranes de nitrile et de latex pendant la période d’usage des gants de polymère utilisés comme EPI (moins de 2 h) et offrent une excellente protection cutanée contre les nanoparticules ultra-petites utilisées dans le domaine biomédical et, notamment, celles à base d’or. Cette technologie sera aussi utile dans le cas de contaminants habituellement très difficiles à détecter par les techniques de mesure déjà connues (ex. : pesticides et agents de chimiothérapie, virus).
Abstract
Polymer gloves are used as personal protective equipment (PPE) in many professional fields where chemical risks exist. Their effectiveness in blocking the passage of certain contaminants must be measured by accurate, standardized test methods. Measurements of chemical resistance are generally done by using a permeation cell, a small device containing two reservoirs separated by a membrane, the barrier potential of which one wishes to measure: one reservoir contains the contaminant while the other contains a medium that collects the contaminant after it has passed through the membrane. Throughout the experiment, the collector medium is sampled to measure its contaminant content. The length of time the membrane resists the passage of contaminants and their speed in passing through it are measured in that way.
In North America, tests for contaminant permeation through polymer gloves are guided by standards (e.g., ASTM-F739). This method is well supported for measuring the passage of solvent molecules through gloves. However, if one wants to measure the passage of less volatile molecules or low-concentration substances that are potentially highly toxic (e.g., pesticides or chemotherapy drugs), or of nanoparticles (NPs), the detection limits of current analytical techniques are generally inadequate. They do not allow one to measure the kinetics of contaminant passage through the gloves in real time; thus, it is impossible to derive certain crucial data from the permeation curves, such as the diffusion coefficient, passage time (or latency period before permeation), permeation rate, and influx of contaminants in the membrane.
To accurately and quantitatively measure the kinetic parameters describing the passage of contaminants through gloves, it is necessary to develop a permeation cell that uses a detection method with a very high sensitivity level and that allows continuous measurement. In this research project, a new technology was developed in the form of a permeation cell adapted to nuclear imaging by means of positron emission tomography (PET). PET makes it possible to detect molecules and NPs with a much higher sensitivity level than the spectroscopic or spectrometric methods usually used to detect the permeation process. The device was created using a polymer whose nature and dimensions do not attenuate the radiation emitted by the radioisotopes used to mark the molecules and nanoparticles.
The new PET-based permeation cell technology was tested on samples of the latex and nitrile gloves most commonly used in biomedical laboratories and nuclear medicine clinics in hospitals. Gold nanoparticles (AuNPs) were used as a type contaminant, since this kind of product, which is used increasingly frequently in medicine, is particularly difficult to detect with the usual measurement techniques applied in permeation tests. The data acquired in these tests revealed NP permeation profiles at a very high temporal resolution with a detection sensitivity that made it possible to calculate all the main parameters describing the permeation of contaminants through membranes (diffusion coefficient, latency period, permeation rate, etc.).
The latency periods at the start of permeation, measured in the upstream compartment, were all greater than 3 hours, which is substantially longer than the usual maximum duration for wearing the same pair of polymer gloves. These results confirm that a minuscule fraction of NPs passes through nitrile and latex membranes during the period when polymer gloves are used as PPE (less than 2 hours) and thus that these gloves offer excellent skin protection against the ultrasmall NPs used in the biomedical field, and particularly AuNPs. This technology will also be useful in the case of contaminants that are generally very difficult to detect with known measurement techniques (e.g., pesticides, chemotherapy drugs, viruses).
ISBN
9782897972332
Mots-clés
Gant de protection, Protective glove, Produit chimique, Chemical product, Nanoparticule, Nanoparticle, Équipement de protection individuelle, Personal protective equipment, Contaminant biologique, Biological contaminant, Essai de perméabilité, Permeability testing, Résistance des matériaux, Strength of materials, Toxicité percutanée, Dermal toxicity, Méthodologie, Methodology, Hôpital, Hospital
Numéro de projet IRSST
2015-0084
Numéro de publication IRSST
R-1162-fr
Citation recommandée
Omar, M. M., Augé, A., Laprise-Pelletier, M., Tuduri, L. et Fortin, M.-A. (2022). Mesures à haute sensibilité du passage de contaminants nanométriques à travers les gants de protection par imagerie médicale (Rapport n° R-1162-fr). IRSST.