Une équipe de chercheurs d’universités d’Écosse, du Portugal et d’Allemagne a développé un capteur qui peut aider à 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 en agriculture partout dans le monde pour prévenir les pertes de récoltes. Cependant, la prudence est de mise, 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 et permettre une intervention rapide en cas de détection de pesticides dans les 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 mise en œuvre peut être longue et coûteuse. Une alternative prometteuse est un outil d'analyse chimique appelé diffusion Raman exaltée de surface (SERS).
Lorsque la lumière frappe une molécule, elle se diffuse à différentes fréquences selon sa structure. La SERS permet aux scientifiques de détecter et d'identifier la quantité de molécules résiduelles dans un échantillon adsorbé sur une surface métallique en analysant l'empreinte 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 qui pourrait adsorber des molécules dans des échantillons d'eau en utilisant des matériaux imprimés en 3D disponibles et fournir des résultats initiaux précis sur le terrain.
Pour ce faire, ils ont étudié plusieurs types de structures cellulaires constituées d'un mélange de polypropylène et de nanotubes de carbone multiparois. Ces structures ont été créées à l'aide de filaments fondus, un procédé courant d'impression 3D.
En utilisant des techniques traditionnelles de chimie humide, des nanoparticules d'argent et d'or sont déposées sur 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 imprimées en 3D différentes 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 premiers tests – des structures cellulaires périodiques liées à des nanoparticules d'argent – ont ensuite été ajoutés à la bandelette de test. De petites quantités d'insecticides (Siram et paraquat) ont été ajoutées à des échantillons d'eau de mer et d'eau douce, puis déposées sur les bandelettes de test pour analyse SERS.
L'eau provient de l'embouchure du fleuve à Aveiro, au Portugal, et de robinets situés dans 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 pesticides 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 l'impression 3D pour créer des réseaux structurels nano-conçus aux 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 pour SERS afin 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 et co-auteure de l'article, a développé des nanoparticules plasmatiques qui soutiennent la technologie SERS. Si cet article examine la capacité du système à détecter des types spécifiques de contaminants de l'eau, cette technologie pourrait facilement être appliquée à la surveillance de la présence de contaminants dans l'eau.
Date de publication : 24 janvier 2024