Détecter les nanoplastiques dans l’air

Les gros morceaux de plastique peuvent se décomposer en nanoparticules qui se retrouvent souvent dans le sol et l’eau. Ce qui est peut-être moins connu, c’est qu’ils peuvent aussi flotter dans les airs. L’impact des nanoplastiques sur la santé humaine n’est pas clair, mais des études sur des animaux suggèrent qu’ils sont potentiellement nocifs. Afin de mieux comprendre la prévalence des nanoplastiques en suspension dans l’air, les chercheurs ont développé un capteur qui détecte ces particules et détermine les types, les quantités et les tailles des plastiques à l’aide de films de points de carbone colorés.

Les chercheurs présenteront leurs résultats aujourd’hui lors de la réunion d’automne de l’American Chemical Society (ACS).

« Les nanoplastiques sont une préoccupation majeure s’ils se trouvent dans l’air que vous respirez, pénètrent dans vos poumons et peuvent causer des problèmes de santé », déclare Raz Jelinek, Ph.D., chercheur principal du projet. « Un détecteur simple et peu coûteux comme le nôtre pourrait avoir d’énormes implications et un jour alerter les gens de la présence de nanoplastiques dans l’air, leur permettant d’agir. »

Des millions de tonnes de plastique sont produites et jetées chaque année. Certains matériaux plastiques s’érodent lentement pendant leur utilisation ou après leur élimination, polluant l’environnement avec des particules micro et nanométriques. Les nanoplastiques sont si petits – généralement moins de 1 µm de large – et légers qu’ils peuvent même flotter dans l’air, où les gens peuvent ensuite les respirer sans le savoir. Des études animales suggèrent que l’ingestion et l’inhalation de ces nanoparticules peuvent avoir des effets néfastes. Par conséquent, il pourrait être utile de connaître les niveaux de pollution atmosphérique par les nanoplastiques dans l’environnement.

Auparavant, l’équipe de recherche de Jelinek à l’Université Ben Gourion du Néguev a développé un nez électronique ou « e-nez » pour surveiller la présence de bactéries en adsorbant et en détectant la combinaison unique de molécules de vapeur de gaz qu’elles libèrent. Les chercheurs voulaient voir si cette même technologie à base de points de carbone pouvait être adaptée pour créer un capteur nanoplastique sensible pour une surveillance continue de l’environnement.

Des points de carbone se forment lorsqu’un matériau de départ contenant beaucoup de carbone, comme du sucre ou d’autres matières organiques, est chauffé à une température modérée pendant plusieurs heures, explique Jelinek. Ce processus peut même être effectué à l’aide d’un micro-ondes conventionnel. Pendant le chauffage, le matériau contenant du carbone se transforme en particules nanométriques colorées et souvent fluorescentes appelées « points de carbone ». Et en changeant le matériau de départ, les points de carbone peuvent avoir des propriétés de surface différentes qui peuvent attirer diverses molécules.

Pour créer le nez électronique bactérien, l’équipe a étalé de fines couches de différents points de carbone sur de minuscules électrodes, chacune de la taille d’un ongle. Ils ont utilisé des électrodes interdigitées, qui ont deux côtés avec des structures en forme de peigne intercalées. Entre les deux côtés, un champ électrique se développe et la charge stockée est appelée capacité. « Quand quelque chose arrive aux points de carbone – soit ils adsorbent des molécules de gaz, soit des morceaux de nanoplastique – alors il y a un changement de capacité, que nous pouvons facilement mesurer », explique Jelinek.

Ensuite, les chercheurs ont testé un capteur de preuve de concept pour les nanoplastiques dans l’air, en choisissant des points de carbone qui adsorberaient les types courants de plastique : polystyrène, polypropylène et poly(méthacrylate de méthyle). Dans des expériences, des particules de plastique à l’échelle nanométrique ont été aérosolisées, les faisant flotter dans l’air. Et lorsque des électrodes recouvertes de films à points de carbone ont été exposées aux nanoplastiques en suspension dans l’air, l’équipe a observé des signaux différents pour chaque type de matériau, explique Jelinek. Étant donné que le nombre de nanoplastiques dans l’air affecte l’intensité du signal généré, Jelinek ajoute qu’actuellement, le capteur peut signaler la quantité de particules d’un certain type de plastique au-dessus ou en dessous d’un seuil de concentration prédéterminé. De plus, lorsque des particules de polystyrène de trois tailles (100 nm de large, 200 nm de large et 300 nm de large) étaient aérosolisées, l’intensité du signal du capteur était directement liée à la taille des particules.

La prochaine étape de l’équipe est de voir si leur système peut distinguer les types de plastique dans les mélanges de nanoparticules. Tout comme la combinaison de films de points de carbone dans le nez électronique bactérien distinguait les gaz de polarités différentes, Jelinek dit qu’il est probable qu’ils pourraient modifier le capteur nanoplastique pour différencier les types et tailles supplémentaires de nanoplastiques. La capacité de détecter différents plastiques en fonction de leurs propriétés de surface rendrait les capteurs nanoplastiques utiles pour suivre ces particules dans les écoles, les immeubles de bureaux, les maisons et à l’extérieur, dit-il.