Un biocapteur détecte les nanoplastiques présents dans l'eau en quelques minutes | Science Tokyo
Un biocapteur à base de peptides permet la détection directe de nanoparticules de polystyrène
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La présence croissante de nanoplastiques dans l'environnement a mis en évidence la nécessité de disposer de méthodes de détection plus simples, ce qui a conduit des chercheurs de Science Tokyo à mettre au point un biocapteur rapide permettant de détecter les nanoparticules de polystyrène dans l'eau. Testé à la fois sur des échantillons d’eau modèles et sur des échantillons d’eau réels enrichis en nanoparticules de polystyrène, le dispositif a détecté des particules de 50 nm en moins de 20 minutes, sans marquage ni préparation fastidieuse des échantillons. Cette technologie pourrait contribuer aux efforts visant à comprendre et à lutter contre l’accumulation de nanoplastiques dans l’environnement.
Institute of Science Tokyo
Détection des nanoplastiques à l’aide d’un biocapteur optique à base de peptides
Au fil du temps, les plastiques se fragmentent en particules de plus en plus petites, finissant par former des nanoplastiques, dont la taille varie entre 1 et 1 000 nm. Ces particules de plastique de taille nanométrique se sont répandues dans l’environnement et ont été détectées dans des organismes vivants, y compris le corps humain, ce qui suscite des inquiétudes croissantes quant à leurs impacts potentiels sur l’environnement et la santé humaine. Les techniques d’analyse actuellement utilisées pour détecter les nanoplastiques comprennent des méthodes de microscopie et de spectroscopie. Cependant, ces approches conventionnelles nécessitent un équipement coûteux et une préparation minutieuse des échantillons, ce qui limite leur applicabilité pour une surveillance de routine.
Une équipe de recherche de l’Institut des sciences de Tokyo (Science Tokyo), au Japon, a désormais mis au point un biocapteur capable de détecter rapidement les nanoparticules de polystyrène (PS-NPs) dans l’eau douce. Le polystyrène est l’un des matériaux plastiques les plus couramment utilisés dans les applications domestiques et industrielles, ce qui fait des PS-NPs une cible importante pour la détection des nanoplastiques. En permettant une détection sélective et sans marquage dans des milieux aqueux avec une préparation minimale des échantillons, ce dispositif pourrait améliorer considérablement l’évaluation de la qualité de l’eau, marquant ainsi une étape importante vers une détection pratique des nanoplastiques.
Cette étude a été menée par Mana Toma, maître de conférences au département de génie électrique et électronique de la faculté d’ingénierie, en collaboration avec Shuo Cheng, maître de conférences à la faculté de l’environnement et de la société, au Japon
« La taille extrêmement réduite des nanoplastiques rend leur détection difficile à l’aide des méthodes conventionnelles. Nous avons relevé ce défi en concevant une plateforme de biodétection qui capture de manière sélective les particules de PS-NP à la surface du capteur et les détecte par voie optique », explique Mme Toma.
Un biocapteur est constitué d’éléments de bioreconnaissance capables de se lier à des cibles spécifiques, produisant ainsi un signal mesurable. Ici, un peptide se liant au PS sert d’élément de reconnaissance. Le peptide a été immobilisé sur un mince film d’or à l’aide d’un lieur en polyéthylène glycol (PEG), ce qui minimise les liaisons non spécifiques et améliore la capture sélective des PS-NP.
Le biocapteur fonctionne grâce à la résonance plasmonique de surface (SPR), une technique de détection optique qui détecte en temps réel de minuscules variations de l’indice de réfraction à la surface d’un matériau. Dans ce dispositif, un faisceau laser est dirigé à travers un prisme en verre à indice de réfraction élevé vers un mince film d’or, excitant ainsi les plasmons de surface, qui sont des oscillations collectives d’électrons libres à la surface du métal. Lorsque les nanoparticules de PS se lient au capteur, elles modifient l’indice de réfraction local à proximité du film d’or, ce qui entraîne un décalage de l’angle de résonance. Dans le système actuel, ce décalage de la SPR induit par la liaison est surveillé sous la forme d’une variation de l’intensité de la lumière réfléchie à un angle d’incidence sélectionné. En comparant ces variations d’intensité à une courbe étalonnée de réponse SPR en fonction de la concentration, le système quantifie les concentrations de PS-NP dans l’eau.
Les chercheurs ont testé le biocapteur dans de l’eau de laboratoire conçue pour imiter la composition ionique de l’eau douce, à laquelle ils ont ajouté des PS-NP à des concentrations connues et contrôlables. Dans ces échantillons, le biocapteur proposé a été capable de détecter des PS-NP de 50 nm en moins de 20 minutes et a atteint une limite de détection aussi basse que 1,3 μg/mL. Ils ont également validé la détection dans des échantillons pertinents sur le plan environnemental en utilisant de l’eau d’aquarium et de l’eau d’étang enrichies en PS-NP.
« En simplifiant le processus de détection, ce biocapteur pourrait rendre la surveillance des nanoplastiques plus accessible que les méthodes conventionnelles qui nécessitent des instruments spécialisés et une préparation minutieuse des échantillons », explique Toma.
L’utilisation continue et la dégradation des plastiques entraîneront inévitablement une accumulation croissante de nanoplastiques dans l’environnement. En simplifiant la détection et en rendant la surveillance plus pratique, le biocapteur proposé pourrait aider les chercheurs à mieux comprendre comment les nanoplastiques se propagent et se comportent, soutenant ainsi les efforts visant à relever ce défi environnemental grandissant.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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