Biodétection: une plateforme de détection de drogues sur papier
Les produits électroniques mis au rebut constituent une source de déchets en forte croissance, et environ la moitié des déchets plastiques provenant des équipements électroniques et électriques dans l’UE n’est pas correctement recyclée ou ne l’est pas du tout. L’électronique à base de papier est un domaine de recherche actif et les premiers produits font leur apparition sur le marché. Cependant, les propriétés de surface du papier conventionnel ne conviennent pas à l’électronique imprimée. Des revêtements en plastique sont généralement indispensables, ce qui minimise les avantages réels. La cellulose, un composant structurel majeur des parois cellulaires des plantes vertes et l’un des polymères les plus répandus dans la nature, pourrait être la clé de l’électronique basée sur le papier. Le projet GREENSENSE, financé par l’UE, a mis au point des films, des revêtements et des encres à base de nanocellulose, ainsi que des processus de fabrication semi-automatiques qui ont permis de créer de nouvelles plateformes de biodétection à base de cellulose pour l’analyse des drogues illicites. Le consortium GREENSENSE, composé de 17 membres, dont des participants de six pays de l’UE, d’Israël, de Jordanie et du Royaume-Uni, a combiné des compétences en science des matériaux, en physique, en biochimie et en électronique. Il a soutenu l’équipe en se concentrant non seulement sur les matériaux et les processus de production d’électronique à base de nanocellulose, mais aussi sur le respect des normes internationales en matière d’électronique imprimée et sur la capacité d’augmenter l’échelle de tous les processus à des fins de production commerciale.
Films, cartons enduits, encres et composants électroniques à base de nanocellulose
Le consortium a produit plusieurs types de nanofibres et de nanocristaux de cellulose fonctionnels, avec un potentiel de production de plusieurs tonnes par an. Ils ont fabriqué, à partir de ces matériaux, des films de nanocellulose autoportants et des panneaux de papier enduits de nanocellulose à l’aide de méthodes de production à grande échelle, et ont caractérisé leurs propriétés. L’équipe a également produit une variété d’encres à base de nanocellulose (conductrices, électrochimiques et électrolytiques pour les écrans électrochromes et les applications de stockage d’énergie) à raison de 50 kilogrammes par lot. Les encres ont été caractérisées conformément aux normes internationales pour l’électronique imprimée (CEI 62899). «Nous avons utilisé nos matériaux à base de nanocellulose et nos techniques de production pour concevoir et fabriquer des composants électroniques imprimés très performants: antennes de communication en champ proche, supercondensateurs, batteries primaires et écrans électrochromes. Plus de 1 500 pièces ont été produites», précise la coordinatrice du projet, Sandra Martínez-Crespiera, de Leitat.
Biocapteurs et plateformes de détection à base de nanocellulose
Les travaux sur les matériaux, les composants et les procédés à base de nanocellulose ont permis de mettre au point des biocapteurs destinés à détecter les drogues illicites à l’aide d’une encre redox-active (elle peut accepter ou donner des électrons dans des réactions redox, ce qui favorise la détection électrochimique) et d’un hydrogel. La performance analytique des biocapteurs a été confirmée par des tests rigoureux. «GREENSENSE a développé une micropuce avec des interfaces pour le biocapteur à base de cellulose, la gestion de l’énergie et une étiquette d’identification par radiofréquence. Cela inclut la possibilité de récolter de l’énergie pour charger les systèmes de stockage d’énergie et les écrans connectés. Les biocapteurs ont été intégrés dans des plateformes de biodétection fabriquées à grande échelle (jusqu’à 75 unités) par des processus semi-automatiques sur des substrats d’environ 300 x 350 mm2 (huit plateformes/feuille)», explique Sandra Martínez-Crespiera. Les plateformes ont été soumises à des tests mécaniques, d’adhérence et de vieillissement conformément aux normes internationales (CEI 62951), et une application pour smartphone a été développée pour permettre une utilisation simple. Sandra Martínez-Crespiera résume: «Contrairement aux kits plastiques conventionnels pour l’analyse qualitative de l’urine, la plateforme de biodétection portable GREENSENSE pour les drogues illicites utilise des composants électroniques et des encres à base de nanocellulose et stocke des données sous forme numérique. Ces plateformes nous permettront de mieux surveiller les comportements illégaux et potentiellement dangereux, que ce soit pour les forces de l’ordre ou à domicile et à l’école, en utilisant un morceau de papier recyclable.»
Mots‑clés
GREENSENSE, nanocellulose, cellulose, électronique imprimée, biodétection, biocapteurs, DOA, drogues illicites, déchets d’équipements électroniques et électriques, détection électrochimique