Les microplastiques sont de minuscules particules de plastique à peine visibles qui peuvent nuire à l’environnement, par exemple s’ils sont mangés par des animaux. Cependant, il a été difficile d’évaluer l’effet de particules encore plus petites, qui peuvent difficilement être détectées à l’aide de méthodes conventionnelles – des particules de plastique d’un diamètre inférieur à un micromètre communément appelées « nanoplastiques ». Ces minuscules particules peuvent même être absorbées par les cellules vivantes.
Les scientifiques de TU Wien (Vienne) ont maintenant réussi à développer une méthode de mesure capable de détecter des particules nanoplastiques individuelles par des ordres de grandeur plus rapidement que les techniques précédentes. Ces résultats ont été publiés dans la revue Rapports scientifiques. La nouvelle méthode a le potentiel de devenir la base de nouveaux dispositifs de mesure pour l’analyse environnementale.
Détecter des molécules par longueur d’onde
« Nous utilisons un principe physique qui a également été souvent utilisé dans l’analyse chimique, à savoir la diffusion Raman », explique Sarah Skoff, chef de groupe du groupe de recherche Solid State Quantum Optics and Nanophotonics à TU Wien. Dans ce processus, les molécules sont éclairées par un faisceau laser, ce qui les fait vibrer. Une partie de l’énergie de la lumière laser est ainsi convertie en énergie vibratoire, tandis que le reste de l’énergie est réémise sous forme de lumière.
En mesurant cette lumière et en comparant son énergie avec la lumière laser qui a été émise à l’origine, l’énergie vibratoire de la molécule est déterminée – et parce que différentes molécules vibrent de différentes manières, il est possible de savoir de quelle molécule il s’agit.
« La spectroscopie Raman ordinaire, cependant, ne serait pas adaptée pour détecter les plus petits nanoplastiques », explique Skoff. « Ce serait beaucoup trop insensible et prendrait beaucoup trop de temps. » L’équipe de recherche a donc dû rechercher des effets physiques susceptibles d’améliorer significativement cette technique.
Le truc avec la grille d’or
Pour ce faire, ils ont adapté une méthode déjà utilisée sous une forme similaire pour détecter des biomolécules. L’échantillon est placé sur une grille extrêmement fine en or. Les fils d’or individuels ne mesurent que 40 nanomètres d’épaisseur et sont distants d’environ 60 nanomètres. « Cette grille métallique agit comme une antenne », explique Skoff. « La lumière laser est amplifiée à certains points, il y a donc une interaction beaucoup plus intense avec les molécules là-bas. Il y a aussi une interaction entre la molécule et les électrons dans le réseau métallique, ce qui garantit que le signal lumineux des molécules est en outre amplifié. »
Dans la spectroscopie Raman ordinaire, la lumière qui est ensuite émise par les molécules est normalement décomposée en toutes ses longueurs d’onde pour identifier de quelle molécule il s’agit. Cependant, l’équipe de la TU Wien a pu montrer que la technique peut également être simplifiée. « Nous savons quelles sont les longueurs d’onde caractéristiques des particules nanoplastiques, et nous recherchons donc très spécifiquement des signaux à ces longueurs d’onde précisément », explique Skoff.
« Nous avons pu montrer que cela peut améliorer la vitesse de mesure de plusieurs ordres de grandeur. Auparavant, il fallait mesurer pendant 10 secondes pour obtenir un seul pixel de l’image que l’on recherchait. Chez nous, cela ne prend que quelques millisecondes. . » Des expériences avec du polystyrène (Styrofoam) ont montré que même à cette vitesse très élevée, les particules nanoplastiques peuvent être détectées de manière fiable, même à des concentrations extrêmement faibles. Contrairement à d’autres méthodes, cette technique permet même la détection de particules individuelles.
La base de nouveaux appareils de mesure
L’équipe de recherche souhaite maintenant étudier plus en détail les applications potentielles de la nouvelle technique, par exemple, comment elle peut être utilisée pour détecter les nanoplastiques dans des échantillons biologiques et pertinents pour l’environnement, tels que le sang.
« En tout cas, nous avons maintenant pu montrer que le principe physique de base fonctionne », déclare Skoff. « En principe, cela jette les bases du développement de nouveaux appareils de mesure qui pourraient être utilisés pour examiner des échantillons directement dans la nature en dehors du laboratoire à l’avenir. »
Plus d’information:
Ambika Shorny et al, Imagerie et identification de particules et d’agglomérats nanoplastiques uniques, Rapports scientifiques (2023). DOI : 10.1038/s41598-023-37290-y