Une équipe de chercheurs d'universités écossaises, portugaises et allemandes a mis au point un capteur capable de détecter la présence de pesticides à de 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 dans le monde entier pour prévenir les pertes de récoltes. Cependant, la prudence est de mise, car même de faibles 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. Actuellement, les analyses de pesticides sont généralement réalisées en laboratoire, par des méthodes telles que la chromatographie et la spectrométrie de masse.
Bien que ces tests fournissent des résultats fiables et précis, leur réalisation peut s'avérer longue et coûteuse. Une alternative prometteuse est une technique d'analyse chimique appelée diffusion Raman exaltée de surface (SERS).
Lorsqu'un rayon lumineux frappe une molécule, il est diffusé à différentes fréquences selon la structure moléculaire de cette dernière. La spectroscopie Raman exaltée de surface (SERS) permet aux scientifiques de détecter et d'identifier la quantité de molécules résiduelles dans un échantillon adsorbé sur une surface métallique en analysant la « signature » unique de la lumière diffusée par ces molécules.
Cet effet peut être amplifié en modifiant la surface métallique afin qu'elle puisse adsorber des molécules, améliorant ainsi la capacité du capteur à détecter de faibles concentrations de molécules dans l'échantillon.
L'équipe de recherche s'est attelée à la mise au point d'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 résultats initiaux précis sur le terrain.
Pour ce faire, ils ont étudié différents types de structures cellulaires composées d'un mélange de polypropylène et de nanotubes de carbone à parois multiples. Ces structures ont été réalisées à l'aide de filaments fondus, une technique courante d'impression 3D.
En utilisant des techniques de chimie humide traditionnelles, 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 à absorber et à adsorber des molécules du colorant organique bleu de méthylène, puis les ont analysées à l'aide d'un spectromètre Raman portable.
Les matériaux ayant obtenu les meilleurs résultats lors des tests initiaux – des structures réticulaires (structures cellulaires périodiques) liées à des nanoparticules d'argent – ont ensuite été ajoutés à la bandelette de test. De faibles 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 est prélevée à l'embouchure du fleuve à Aveiro, au Portugal, et au robinet dans la même zone, et fait l'objet de contrôles réguliers afin de surveiller efficacement la pollution de l'eau.
Les chercheurs ont constaté 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 l'École d'ingénierie James Watt de l'Université de Glasgow, est l'un des auteurs de l'article. Ces travaux s'appuient sur ses recherches concernant l'utilisation de la technologie d'impression 3D pour créer des réseaux structuraux nano-ingénierés aux propriétés uniques.
« Les résultats de cette étude préliminaire sont très encourageants et montrent que ces matériaux peu coûteux peuvent être utilisés pour produire des capteurs SERS permettant de détecter les pesticides, même à de très faibles concentrations. »
La docteure Sara Fateixa, de l'Institut des matériaux CICECO Aveiro de l'Université d'Aveiro et co-auteure de l'article, a mis au point des nanoparticules de plasma compatibles avec la technologie SERS. Bien que cet article examine la capacité du système à détecter certains types de contaminants dans l'eau, cette technologie pourrait facilement être appliquée à la surveillance de la présence de ces contaminants.
Date de publication : 24 janvier 2024