L'ingénieur

Des chercheurs d'universités écossaises, portugaises et allemandes ont mis au point un nouveau type de capteur imprimé en 3D capable de détecter de très faibles concentrations de pesticides dans l'eau.

Décrit dans la revue Macromolecular Materials and Engineering, l'appareil utilise un outil d'analyse chimique appelé diffusion Raman améliorée en surface, ou SERS, qui analyse l'interaction de la lumière avec les molécules pour détecter la composition des échantillons de matériaux. Lorsque la lumière frappe les molécules, elle se diffuse d'une manière qui a des fréquences nettement différentes selon la structure moléculaire.

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L'équipe de recherche a développé une nouvelle méthode de test plus portable qui pourrait utiliser des matériaux abordables imprimés en 3D pour adsorber les molécules des échantillons d'eau et fournir des résultats initiaux précis sur le terrain. Ils ont testé la capacité de plusieurs conceptions architecturales différentes des matériaux cellulaires imprimés en 3D à absorber et à adsorber des molécules d'un colorant organique appelé bleu de méthylène avant de les analyser via un spectromètre Raman portable. Les bandelettes réactives contenant des nanoparticules d'argent se sont révélées capables de détecter des molécules de pesticides à des concentrations aussi faibles qu'une micromolaire, soit l'équivalent d'une molécule de pesticide pour un million de molécules d'eau.

"Le SERS est une technique de diagnostic précieuse avec des applications dans un large éventail de domaines différents", a déclaré l'auteur correspondant, le professeur Shanmugam Kumar, de la James Watt School of Engineering de l'Université de Glasgow. "Le matériau de substrat de capteur que nous avons développé bénéficie d'une combinaison optimale de la grande surface du réseau architecturé à base de nanocarbone et des propriétés optiques remarquables des nanoparticules métalliques.

"L'interaction du fort champ électromagnétique local dans les nanoparticules métalliques et les mécanismes chimiques du matériau carboné crée une surface hautement active pour l'analyse SERS. Les résultats de cette première étude sont très encourageants, montrant que ces matériaux à faible coût peuvent être utilisés pour produire capteurs pour la détection SERS de pesticides même à de très faibles concentrations."

Selon le co-auteur, le Dr Sara Fateixa, de l'Institut des matériaux CICECO Aveiro de l'Université d'Aveiro au Portugal, l'appareil pourrait avoir des applications potentielles au-delà de la surveillance de l'eau.

"Alors que cet article examine le potentiel du système pour détecter des types spécifiques de polluants de l'eau, la technique pourrait facilement être adaptée pour surveiller la présence d'un large éventail de produits chimiques dans les échantillons", a déclaré le Dr Fateixa, qui a conçu les nanoparticules plasmoniques qui permettent le Technique SER.

"En agriculture, par exemple, le lait des bovins, qui se remettent d'une maladie, qui a été traité avec des antibiotiques ne peut être vendu qu'après que le médicament a quitté leur système. Actuellement, les tests qui prouvent que leur lait est prêt à partir retour sur le marché sont chers, mais nos matériaux de diagnostic pourraient être réglés pour fournir des résultats fiables à un prix beaucoup plus abordable. Nous sommes impatients de continuer à développer ce matériau de capteur très prometteur pour une utilisation dans les applications SERS.