Le premier nez électronique capable de détecter des composés chiraux
En chimie, on appelle «chirales» les molécules qui ne peuvent être superposées à leur image miroir. Chaque image miroir est appelée énantiomère et si la molécule se compose de deux énantiomères, on parle alors de stéréoisomère. Bien que les molécules chirales soient considérées comme les principaux éléments fondamentaux des organismes vivants, chaque énantiomère peut interagir différemment avec les organismes vivants; l’un peut être bénéfique, l’autre toxique. Cette précision a toute son importance, car les molécules chirales sont de plus en plus utilisées dans la fabrication d’aliments, de produits pharmaceutiques, de parfums, de cosmétiques et de produits agrochimiques. «25 % de tous les pesticides sont fabriqués à partir de composés chiraux et contiennent des énantiomères dont le comportement des uns varie fortement par rapport aux autres. Cette incidence imprévisible sur les systèmes biologiques fait des https://www.efsa.europa.eu/en/news/pesticides-food-latest-data-published (polluants chiraux un problème environnemental de plus en plus grave)», déclare Roberto Paolesse, coordinateur du projet, rattaché à l’université Tor Vergata de Rome, qui accueille le projet. Étant donné que l’analyse standard de ces composés pesticides ne tient généralement pas compte de la chiralité, le projet INITIO a mis au point des capteurs chimiques capables de le faire. Contrairement aux techniques disponibles à l’heure actuelle, qui se fondent sur un criblage en laboratoire, l’innovation d’INITIO fonctionne en temps réel et in situ.
Détecteurs chimiques
INITIO trouve son origine dans la nécessité pour les PME agricoles de disposer de dispositifs capables de contrôler efficacement la présence de pesticides dans leurs champs. Le dispositif mis au point a bénéficié du savoir-faire combiné des spécialistes du développement de capteurs chimiques. Les capteurs chimiques allient deux éléments principaux: le récepteur (matériau sensible) et le transducteur de signal (un composant électronique). Les propriétés du récepteur changent lorsque celui-ci interagit avec la cible, et le transducteur enregistre ces informations, qu’il traduit ensuite en un signal lisible. Les capteurs uniques ne sont toutefois pas idéaux pour détecter la chiralité car, au lieu de produire idéalement un seul signal pour chaque énantiomère, ils produisent généralement un signal pour les deux, ce qui nous empêche de les différencier. Pour résoudre ce problème, INITIO a créé un réseau de capteurs qui ne présentent qu’une faible sélectivité pour les énantiomères, imitant ainsi le principe de l’olfaction naturelle. «À notre meilleure connaissance, il s’agit du premier "nez électronique énantiosélectif" capable de reconnaître en même temps différentes substances et leur nature chirale», ajoute Roberto Paolesse.
Le moment des essais
Différents récepteurs ont été caractérisés puis testés avec différents transducteurs afin de trouver les plus efficaces à l’heure de différencier les paires d’énantiomères. Pour ce faire, l’équipe a combiné des structures inorganiques chirales, comme des nano-hélices chirales, avec des récepteurs organiques, tels que des porphyrines ou des hémicucurbiturils. En outre, une approche plus simple a été élaborée pour produire des couches chirales au moyen de méthodes supramoléculaires, où les récepteurs chiraux s’assemblent spontanément avec des récepteurs non chiraux pour produire des films solides capables de reconnaître les différents énantiomères des analytes cibles. Le réseau de capteurs lui-même, qui repose sur des microbalances à cristal de quartz, a été testé à des fins de différenciation chirale dans le gaz. «Nous avons perfectionné la version actuelle du nez électronique mis au point à l’université Tor Vergata de Rome, en l’équipant de 12 capteurs intégrés, d’un système microfluidique pour la distribution des échantillons, d’une carte électronique pour l’acquisition des données et d’un logiciel algorithmique actualisé capable de reconnaître l’identité chirale des composés. Notre réseau de capteurs est parvenu à distinguer des analytes modèles appartenant à différentes classes de composés chiraux dans des conditions de laboratoire», explique Roberto Paolesse.
Surveillance des champs afin de contrôler l’environnement
Les polluants chiraux sont une source de préoccupation croissante sur le plan de l’écologie, comme l’illustre la pollution de la mer Baltique par les pesticides organochlorés. L’outil de différentiation et d’analyse chirale d’INITIO propose un moyen de surveiller leur interaction avec l’environnement afin d’obtenir à une évaluation précise des risques qu’ils posent. Selon Roberto Paolesse, la prochaine étape consistera à démontrer les performances de ce dispositif sur le terrain sur un large éventail d’analytes et des paires énantiomères dans les liquides, ouvrant ainsi la voie à la surveillance des environnements aquatiques.
Mots‑clés
INITIO, composé chiral, chimie, énantiomère, polluant, capteurs, agriculture, pesticides
