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Détection des gaz et vapeurs dangereux grâce à des capteurs microscopiques imprimés en 3D

Des scientifiques soutenus par l’UE sont parvenus à imprimer en 3D de minuscules capteurs de gaz qui imitent les mécanismes de changement de couleur des paons. Ces capteurs réagissent optiquement aux traces de gaz présents à la maison, au travail et dans notre voiture.

Recherche fondamentale
Santé

Certains types de capteurs détectent et identifient différents types de polluants dangereux, tels que les gaz toxiques ou explosifs. Certains mesurent également la concentration de gaz. Nous passons le plus clair de notre temps à la maison, au travail ou dans la voiture. La surveillance fiable et rentable des niveaux de polluants devrait améliorer notre santé et notre bien-être en général. Des scientifiques du Trinity College de Dublin (TCD), en Irlande, et du Science Foundation Ireland Research Centre for Advanced Materials and BioEngineering Research (AMBER), hébergé par le TCD, ont découvert comment créer de minuscules capteurs de gaz à couleur changeante. Pour parvenir à cette découverte révolutionnaire, ils ont utilisé de nouveaux matériaux et une forme d’impression 3D à haute résolution. Soutenues en partie par les projets ChemLife et 5D NanoPrinting, financés par l’UE, les conclusions du projet ont récemment été publiées dans la revue «Journal of Materials Chemistry C».

Quand la chimie intelligente rencontre la conception intelligente

Les capteurs de gaz microscopiques imprimés en 3D peuvent être surveillés en temps réel et utilisés pour détecter les solvants qui produisent des vapeurs dans l’air. Si elles sont inhalées, les vapeurs de solvants peuvent entraîner les symptômes suivants: toux, étourdissements et maux de tête. Dispositifs connectés et bon marché, ces capteurs représentent une solution prometteuse pour une utilisation dans les foyers. Ils peuvent également être intégrés dans des dispositifs portables pour surveiller notre santé. Dans un communiqué de presse du TCD, le Dr Colm Delaney, auteur principal et coordinateur du projet ChemLife rattaché à la faculté de chimie du TCD et chercheur AMBER, explique que l’équipe a généré cette innovation «en utilisant une technique que l’on appelle “écriture directe par laser” (DLW pour “Direct laser-writing”), qui nous permet de concentrer un laser sur un point extrêmement petit, puis de l’utiliser pour créer de minuscules structures en trois dimensions à partir des polymères souples que nous développons en laboratoire». La recherche s’est focalisée sur la conception, la modélisation et la fabrication de ces minuscules structures dans des matériaux sensibles aux stimuli. L’équipe a créé des concepts et prédit la réponse de différentes structures. Louise Bradley, co-auteure et professeure de photonique au TCD, fait remarquer que l’équipe peut faire en sorte que les structures «réagissent à la lumière, à la chaleur et à l’humidité afin de créer des systèmes qui peuvent réellement recréer l’éclat, la réponse furtive et la capacité de camouflage que l’on retrouve dans la nature. Les minuscules réseaux réceptifs, qui sont plus petits qu’une tache de rousseur, peuvent nous en apprendre énormément sur la chimie de leur environnement».

Les polluants sont pires que nous le craignions

La Dre Larisa Florea, co-auteure rattachée à la faculté de chimie et à AMBER, fournit des statistiques révélatrices sur les polluants que l’on trouve dans nos maisons, nos bureaux et nos voitures. «Les modèles donnent à penser que la concentration de polluants peut être de 5 à 100 fois supérieure à celle que l’on trouve dans les environnements extérieurs. Cela est particulièrement inquiétant compte tenu du fait que l’Organisation mondiale de la santé laisse entendre que 90 % de la population mondiale vit dans des zones qui dépassent les limites acceptables en matière de qualité de l’air. Ces polluants peuvent être influencés par l’air ambiant, la présence de substances chimiques, les parfums, la qualité des aliments et l’activité humaine, et ils ont un effet profond sur notre santé.» Et Larisa Florea de conclure: «Jusqu’à présent, les capteurs de gaz d’intérieur ne se concentraient presque qu’exclusivement sur la détection des fuites, de la fumée et du dioxyde de carbone. Même des avancées successives qui permettraient d’inclure la détection en temps réel de l’humidité relative, des niveaux d’oxygène, du dioxyde de carbone, des composés organiques volatils (COV) et de l’ammoniac, pourraient jouer un rôle énorme dans le développement d’un écosystème de surveillance environnementale domestique. Cette logique permettrait de faire en sorte que la surveillance de la santé et du bien-être devienne une composante centrale de l’avenir de la construction et de l’automatisation des maisons.» Le projet ChemLife (Artificial micro-vehicles with life-like behaviour) se poursuivra jusqu’en septembre 2023. Le projet 5D NanoPrinting (Functional & Dynamic 3D Nano- MicroDevices by Direct Multi-Photon Lithography) prendra fin en août 2024. Pour plus d’informations, veuillez consulter: projet ChemLife projet 5D NanoPrinting

Mots‑clés

ChemLife, 5D NanoPrinting, capteur, gaz, vapeur, polluant, solvant, santé

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