Détection fiable de gaz hautement toxiques directement sur le terrain
Les matériaux biohybrides composés de particules de silice et de peptides sélectifs sont destinés à permettre une détection sur place à l'aide d'un appareil portable.
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Qu'il s'agisse d'accidents chimiques, de sites contaminés ou de l'utilisation d'agents de guerre chimique, les gaz dangereux doivent être détectés rapidement et de manière fiable. Ce qui, jusqu'à présent, n'était possible qu'à l'aide de méthodes complexes ou imprécises devrait, à l'avenir, devenir simple et fiable sur le terrain grâce à des matériaux spécialement conçus. Dans le cadre du projet de recherche ProtecKD, l’Institut Fraunhofer pour la recherche sur les silicates (ISC) et ses partenaires développent un nouveau système de capteurs basé sur des matériaux biohybrides, destiné à détecter à l’avenir des substances hautement toxiques avec une extrême sensibilité. Cela permettra aux équipes d’intervention d’évaluer plus rapidement et plus précisément les situations dangereuses à l’avenir. Le projet est financé par le ministère fédéral de la Recherche, de la Technologie et de l’Espace (BMFTR).
ProtecKD – le concept : des matériaux de détection biohybrides intégrés dans un système de type « laboratoire sur puce » au sein d’un appareil portable à fluorescence, destiné à la détection précoce d’agents de guerre chimique et de substances dangereuses.
© Projekt ProtecKD
Lors d’interventions contre des gaz dangereux et des agents de guerre chimique tels que le sarin, l’ypérite ou la chloropicrine, les équipes d’intervention d’urgence doivent être en mesure d’identifier les menaces rapidement et en toute sécurité. Même les concentrations les plus infimes peuvent causer de graves dommages à la santé, voire être mortelles. Par conséquent, leur détection rapide, simple et fiable est cruciale pour la sécurité des équipes d’intervention d’urgence et du grand public.
Les méthodes actuellement disponibles pour l’analyse sur site lors des interventions sont souvent imprécises ou peu pratiques. Les méthodes plus précises et fiables sont complexes et ne peuvent être mises en œuvre que dans des laboratoires spécialisés. Par conséquent, il est difficile d’évaluer de manière fiable le danger lors d’une intervention.
Matériaux de capteurs biohybrides pour une détection rapide sur site
Dans le cadre du projet de recherche ProtecKD, les partenaires travaillent à la mise au point d’un dispositif portable capable de détecter directement et rapidement des gaz hautement toxiques à l’aide de nouveaux matériaux biohybrides. L’un des aspects novateurs du concept ProtecKD réside dans l’association d’unités de détection biologiques à des nanoparticules inorganiques formant des microparticules stables et hautement fonctionnelles. Ces microparticules allient les propriétés des matériaux à l’échelle nanométrique à une manipulation nettement plus aisée. Le Fraunhofer ISC apporte son expertise de longue date dans le domaine des particules fonctionnalisées.
Un travail d’équipe au service d’une sécurité renforcée
Quatre instituts de recherche et entreprises collaborent étroitement au sein de l’équipe du projet : le coordinateur du projet, le Fraunhofer ISC, JPT Peptide Technologies, l’Institut de la Bundeswehr pour les technologies de protection et la protection CBRN (WIS), ainsi que Noxoon GmbH.
Au Fraunhofer ISC, des particules porteuses sont synthétisées à partir de dioxyde de silicium — un minéral que l’on trouve fréquemment dans la nature, par exemple dans le sable — et associées à des molécules protéiques spéciales appelées peptides. Ces protéines sont fixées à la surface des particules spécialement fonctionnalisées et réagissent de manière spécifique à certains gaz en émettant de la fluorescence, c’est-à-dire en émettant de la lumière. On obtient ainsi un matériau biohybride. Le partenaire du projet JPT est chargé de la synthèse de ces peptides sélectifs. En utilisant divers peptides réagissant spécifiquement à différents gaz, il est possible d’intégrer plusieurs domaines de détection dans un système d’analyse miniaturisé basé sur une puce (lab-on-a-chip). Le partenaire du projet Noxoon est chargé de la fabrication du dispositif de détection, qui intègre tous les composants. La caractérisation des composants synthétisés et les essais avec divers agents de guerre chimique et substances dangereuses dans des conditions réalistes sont réalisés par le partenaire du projet WIS.
ProtecKD vise une utilisation simplifiée
La puce de capteur biohybride est insérée dans le dispositif de détection. La mesure optique et l’analyse automatique sont toutes deux effectuées directement au sein du dispositif, fournissant ainsi des résultats fiables aux équipes d’intervention d’urgence dans un délai très court. Des détecteurs sensibles captent les variations de fluorescence ; les signaux sont évalués à l’aide d’algorithmes d’auto-apprentissage et affichent immédiatement à l’utilisateur le type de gaz détecté ainsi que les informations d’alerte associées. De cette manière, le dispositif de détection portable est destiné à fournir un soutien rapide et fiable lors d’opérations mobiles.
L’un des principaux avantages de ce concept réside dans le fait que les peptides issus de l’ingénierie chimique réagissent de manière hautement sélective et précise à des gaz spécifiques et à des agents de guerre chimique. Grâce à la géométrie optimisée des capteurs du système « laboratoire sur puce », ces substances peuvent être détectées avec une sensibilité exceptionnelle. Cela permettra de détecter et d’évaluer de manière fiable même des quantités infimes.
Un autre avantage réside dans la numérisation de bout en bout. Toutes les données relatives aux matériaux et aux mesures sont enregistrées et stockées sous une forme lisible par machine. ProtecKD s’inscrit dans le cadre de l’initiative « Material digital » du BMFTR. Le Fraunhofer ISC assure la numérisation sans faille des données sur les matériaux grâce à son expertise en matière de « Material digital ».
Une meilleure protection pour les équipes d’intervention d’urgence et le public
La détection rapide et fiable de produits chimiques hautement toxiques peut réduire considérablement les délais d’intervention. Les équipes d’intervention d’urgence peuvent mettre en place des mesures de protection de manière plus ciblée, évaluer les situations dangereuses avec plus de précision et éviter les bouclages ou les évacuations inutiles. Cela permet une utilisation plus efficace des ressources humaines et matérielles.
Transposable à d’autres domaines d’application
Ce qui fonctionne pour les exigences extrêmes des opérations de lutte contre les gaz dangereux et les agents de guerre chimique peut également être développé pour d’autres domaines d’application. Pour le consortium du projet, les applications envisageables comprennent, par exemple, la surveillance environnementale et la sécurité industrielle dans l’utilisation et le stockage de produits chimiques industriels, de principes actifs pharmaceutiques ou d’explosifs. ProtecKD pourrait ainsi contribuer à renforcer la compétitivité internationale de l’Allemagne dans le domaine des technologies de sûreté et de sécurité.
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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