Les métaux lourds tels que le plomb et le cadmium sont présents dans les batteries, les cosmétiques, les aliments et d’autres choses qui font partie de la vie quotidienne. Ils sont toxiques lorsqu’ils s’accumulent dans l’organisme humain, causant potentiellement plusieurs problèmes de santé, mais leur détection dans les fluides corporels nécessite un équipement coûteux et un environnement de laboratoire contrôlé. Des chercheurs de l’Université de São Paulo (USP) au Brésil ont maintenant développé un capteur portable fait de matériaux simples pour détecter les métaux lourds dans la sueur, qui est facilement échantillonnée.
La recherche a impliqué des groupes des Instituts de physique de São Carlos (IFSC) et de chimie (IQSC), ainsi que des collaborateurs de l’Université de Munich en Allemagne et de l’Université de technologie Chalmers en Suède.
Les résultats sont publiés dans un article de la revue Chimiocapteurs. « Nous obtenons des informations importantes sur la santé d’une personne en mesurant son exposition aux métaux lourds. Des niveaux élevés de cadmium peuvent entraîner des problèmes mortels dans les voies respiratoires, le foie et les reins. L’empoisonnement au plomb endommage le système nerveux central et provoque de l’irritabilité, des troubles cognitifs, de la fatigue, l’infertilité, l’hypertension artérielle chez les adultes et un retard de croissance et de développement chez les enfants », a déclaré Paulo Augusto Raymundo Pereira, dernier auteur de l’article et chercheur à l’IFSC-USP.
Les humains éliminent les métaux lourds principalement dans la sueur et l’urine, et l’analyse de ces biofluides est un élément clé des tests toxicologiques ainsi que du traitement. « Le monde a besoin de capteurs flexibles qui sont produits en masse facilement, à moindre coût et rapidement, comme notre appareil, pour la détection sur site, la surveillance continue et l’analyse décentralisée des composés dangereux », a déclaré Pereira.
Contrairement à d’autres tests de référence pour détecter les métaux lourds dans les biofluides, le capteur est simple en termes de matériaux utilisés pour sa fabrication et d’étapes de sa production. « La base de l’appareil est en polyéthylène téréphtalate [PET], surmonté d’un ruban adhésif souple en cuivre conducteur, d’une étiquette du type de celle que l’on trouve dans les papeteries, avec le capteur imprimé dessus, et d’une couche protectrice de vernis à ongles ou de spray. Le cuivre exposé est éliminé par immersion dans une solution de chlorure ferrique pendant 20 minutes, suivi d’un lavage à l’eau distillée pour favoriser la corrosion nécessaire. Tout cela garantit vitesse, évolutivité, faible consommation d’énergie et faible coût », a déclaré Robson R. da Silva, chercheur à l’Université de technologie de Chalmers en Suède et co-auteur de l’article.
L’appareil est relié à un potentiostat, un instrument portable qui détermine la concentration de chaque métal en mesurant les différences de potentiel et de courant entre les électrodes. Le résultat est affiché sur un ordinateur ou un smartphone à l’aide d’un logiciel d’application approprié.
Le système est suffisamment simple pour être utilisé par des non-spécialistes sans formation, ainsi que par des techniciens dans des endroits tels que les hôpitaux, les cliniques et les cabinets médicaux. Le dispositif peut également être utilisé dans plusieurs types de situation de gestion environnementale. « Les puits artésiens, par exemple, sont réglementés et nécessitent une surveillance constante pour analyser la qualité de l’eau. Notre capteur peut être extrêmement utile dans de tels cas », a déclaré Anderson M. de Campos, premier auteur de l’article et chercheur à l’Université de Munich en Allemagne.
Perfectionnements et éventuel brevet
Les performances du capteur dans la détection du plomb et du cadmium ont été évaluées lors d’essais utilisant de la sueur artificielle enrichie dans des conditions expérimentales idéales. Des adaptations sont nécessaires avant que l’appareil puisse être breveté.
« Jusqu’à ce que l’invention soit finalisée, nous n’avons trouvé aucun rapport faisant état de capteurs en cuivre flexibles utilisés pour détecter des métaux toxiques dans la sueur, mais une recherche d’antériorité donnerait probablement quelque chose de similaire, bloquant potentiellement une demande de brevet », a déclaré Marcelo L. Calegaro, l’autre co-auteur de l’article et chercheur à l’IQSC-USP.
Pour éviter ce problème, il travaille sur des raffinements et des applications supplémentaires. Une idée consisterait à remplacer l’étape de corrosion, qui produit des déchets, par une découpe dans une machine à papier. Une autre serait d’utiliser le même type d’appareil pour détecter les pesticides dans l’eau et les aliments.
Plus d’information:
Anderson M. de Campos et al, Conception et fabrication d’un capteur en cuivre flexible décoré de micro/nanodentrites de bismuth pour détecter le plomb et le cadmium dans des échantillons non invasifs de sueur, Chimiocapteurs (2022). DOI : 10.3390/chimiocapteurs10110446