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NAPES - Next Generation Analytical Platforms for Environmental Sensing

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Ce que nous apprend la couleur de la lumière sur la contamination de l'eau

Des scientifiques financés par l'UE ont mis au point des méthodes innovantes utilisant la lumière pour détecter les contaminants chimiques et biologiques dans l'eau, en effectuant des mesures et en contrôlant l'écoulement microfluidique.

Économie numérique
Changement climatique et Environnement

Pour mesurer la contamination de l'eau, il faut fabriquer des dispositifs peu coûteux fonctionnant de façon autonome et fournissant des informations précises sur les contaminants chimiques et biologiques pendant des mois, voire des années. Le projet NAPES, financé par l'UE, a développé le prototype d'un dispositif de détection de substances chimiques par colorimétrie qui prélève des échantillons d'eau et, en utilisant la microfluidique, y ajoute des réactifs pour produire une couleur spécifique. «Nous utilisons un photodétecteur peu coûteux à base de diodes électroluminescentes (LED) pour mesurer la couleur, qui est liée à la concentration de nutriments et d'autres contaminants dans l'eau», déclare le coordinateur du projet Dermot Diamond, du National Centre for Sensor Research de l'Université de la ville de Dublin, Irlande. Même si une attention particulière a été apportée au phosphate, un contaminant majeur des eaux européennes, «la chimie peut être adaptée pour détecter d'autres contaminants importants», déclare-t-il. Des prototypes de ces dispositifs ont été déployés dans la Méditerranée et la région arctique, ainsi que dans des stations de traitement des eaux usées en Italie et en Irlande. Tellabs, un partenaire irlandais du projet, estime que le prix de vente du dispositif de NAPES tournera autour de 2 000 euros, soit dix fois moins que celui des analyseurs environnementaux autonomes actuellement disponibles. «En baissant le prix de ces instruments, nous pouvons considérablement augmenter le nombre de dispositifs déployés et effectuer plus de mesures sur davantage de sites, afin d'obtenir une image plus précise de l'état de l'environnement», explique le professeur Diamond. Des biodétecteurs Pour détecter des contaminants biologiques tels que la bactérie E. coli, l'équipe du projet a construit un capteur optique sensible d'abord développé par l'Université de Milan, Italie. «Le polymère utilisé dans ce détecteur est invisible dans l'eau et a le même indice de réfraction que l'eau», précise le professeur Diamond. La surface du matériau est traitée pour cibler une molécule particulière. «Comme les indices de réfraction coïncident, une modification de la surface provoquera une modification de l'indice de réfraction et ce qui est invisible devient soudain visible, ce qui constitue une méthode de détection très sensible», déclare-t-il. Des biorécepteurs d'Aquila Biosciences ont été immobilisés sur des microbilles par un autre partenaire du projet, l'Institut Curie à Paris, France. En présence de l'eau biocontaminée, les bactéries sont concentrées sur les billes, puis elles sont libérées et mesurées grâce au détecteur optique développé à Milan. Ces éléments constitutifs complexes ont tous été développés individuellement dans le cadre du projet NAPES, puis intégrés dans des plates-formes de démonstration fonctionnelles, afin d'être validés par des essais en laboratoire. Des dispositifs révolutionnaires utilisant la lumière L'équipe du projet a également mis au point des matériaux photocommutables innovants. Elle a synthétisé des molécules et les a utilisées pour produire un gel dont les propriétés changent radicalement lorsqu'il est exposé à la lumière, en se dilatant et se contractant. La régulation fluidique nécessite des valves consommant beaucoup d'énergie et actuellement trop volumineuses pour être intégrées dans une puce microfluidique. «Nous avons incorporé ce gel photocommutable dans des canaux microfluidiques et utilisé la lumière pour provoquer des dilatations et des contractions du gel, ce qui ferme ou ouvre le canal à la demande», explique le professeur Diamond. «Nous avons démontré que non seulement nous pouvons activer ou stopper l'écoulement, mais qu'il est également possible de maintenir le gel polymère à un état intermédiaire et partiellement ouvert, afin de contrôler de façon précise le débit dans le microcanal.» Cette 'valve' commandée par la lumière, qui a été brevetée, peut être incorporée dans une puce microfluidique et pourrait devenir une technologie de rupture en réduisant de façon considérable le coût des systèmes microfluidiques utilisés dans les analyseurs.

Mots‑clés

NAPES, eau, pollution, capteurs, photocapteurs, valves, microfluidique, nanomatériaux, phosphates, E. coli, maladie, maladie transmise par l'eau

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