Une équipe de chercheurs d'universités d'Écosse, du Portugal et d'Allemagne a développé un capteur capable de détecter la présence de pesticides en très faibles concentrations dans des échantillons d'eau.
Leurs travaux, décrits dans un nouvel article publié aujourd'hui dans la revue Polymer Materials and Engineering, pourraient rendre la surveillance de l'eau plus rapide, plus facile et moins coûteuse.
Les pesticides sont largement utilisés dans l’agriculture du monde entier pour prévenir les pertes de récoltes.Il convient toutefois d'être prudent, car même de petites fuites dans le sol, les eaux souterraines ou l'eau de mer peuvent nuire à la santé humaine, animale et environnementale.
Une surveillance environnementale régulière est essentielle pour minimiser la contamination de l’eau afin qu’une action rapide puisse être prise lorsque des pesticides sont détectés dans des échantillons d’eau.Actuellement, les tests de pesticides sont généralement effectués en laboratoire à l'aide de méthodes telles que la chromatographie et la spectrométrie de masse.
Bien que ces tests fournissent des résultats fiables et précis, leur réalisation peut prendre du temps et être coûteuse.Une alternative prometteuse est un outil d’analyse chimique appelé diffusion Raman améliorée en surface (SERS).
Lorsque la lumière frappe une molécule, elle se diffuse à différentes fréquences selon la structure moléculaire de la molécule.SERS permet aux scientifiques de détecter et d’identifier la quantité de molécules résiduelles dans un échantillon de test adsorbées sur une surface métallique en analysant « l’empreinte digitale » unique de la lumière diffusée par les molécules.
Cet effet peut être amélioré en modifiant la surface métallique afin qu'elle puisse adsorber les molécules, améliorant ainsi la capacité du capteur à détecter de faibles concentrations de molécules dans l'échantillon.
L’équipe de recherche a entrepris de développer une nouvelle méthode de test plus portable, capable d’adsorber des molécules dans des échantillons d’eau à l’aide de matériaux imprimés en 3D disponibles et de fournir des premiers résultats précis sur le terrain.
Pour ce faire, ils ont étudié plusieurs types différents de structures cellulaires constituées d’un mélange de polypropylène et de nanotubes de carbone à parois multiples.Les bâtiments ont été créés à l’aide de filaments fondus, un type courant d’impression 3D.
À l’aide de techniques traditionnelles de chimie humide, des nanoparticules d’argent et d’or sont déposées à la surface de la structure cellulaire pour permettre un processus de diffusion Raman amélioré en surface.
Ils ont testé la capacité de plusieurs structures de matériaux cellulaires imprimés en 3D à absorber et adsorber des molécules du colorant organique bleu de méthylène, puis les ont analysées à l’aide d’un spectromètre Raman portable.
Les matériaux les plus performants lors des tests initiaux – des conceptions de réseau (structures cellulaires périodiques) liées à des nanoparticules d’argent – ont ensuite été ajoutés à la bandelette de test.De petites quantités de véritables insecticides (Siram et paraquat) ont été ajoutées à des échantillons d’eau de mer et d’eau douce et placées sur des bandelettes réactives pour analyse SERS.
L'eau provient de l'embouchure du fleuve à Aveiro, au Portugal, et des robinets de la même zone, qui sont régulièrement testés pour surveiller efficacement la pollution de l'eau.
Les chercheurs ont découvert que les bandelettes étaient capables de détecter deux molécules de pesticide à des concentrations aussi faibles que 1 micromole, ce qui équivaut à une molécule de pesticide par million de molécules d’eau.
Le professeur Shanmugam Kumar, de la James Watt School of Engineering de l'Université de Glasgow, est l'un des auteurs de l'article.Ce travail s’appuie sur ses recherches sur l’utilisation de la technologie d’impression 3D pour créer des réseaux structurels nano-ingénierie dotés de propriétés uniques.
« Les résultats de cette étude préliminaire sont très encourageants et montrent que ces matériaux à faible coût peuvent être utilisés pour produire des capteurs permettant au SERS de détecter les pesticides, même à de très faibles concentrations. »
Le Dr Sara Fateixa de l'Institut des matériaux CICECO Aveiro de l'Université d'Aveiro, co-auteur de l'article, a développé des nanoparticules de plasma qui prennent en charge la technologie SERS.Bien que cet article examine la capacité du système à détecter des types spécifiques de contaminants dans l'eau, la technologie pourrait facilement être appliquée pour surveiller la présence de contaminants dans l'eau.
Heure de publication : 24 janvier 2024