Mesurer le pH des substances nous donne des indices essentiels sur le monde qui nous entoure, comme identifier l'eau contaminée ou vérifier la toxicité de produits médicaux ou cosmétiques.
Souvent, seules de petites quantités d’échantillons sont disponibles, mais il est important de surveiller la variation du pH dans ces volumes minuscules. Par exemple, identifier les changements de pH dans de minuscules volumes de liquide provenant de cellules individuelles peut aider à détecter le cancer de l'ovaire.
Cependant, les méthodes actuelles de mesure du pH concernent principalement les solutions en vrac et ne sont pas assez sensibles ou trop fragiles pour mesurer de petits volumes à l'échelle commerciale.
Dans une étude récente publiée dans Microchimica Acta , des scientifiques de l'Université Xi'an Jiaotong-Liverpool, en Chine, ont développé une méthode qui surmonte ces problèmes.
Le Dr Qiuchen Dong, qui a dirigé l'étude, déclare :"Notre solution devait être respectueuse de l'environnement, durable et suffisamment sensible pour mesurer avec précision la variation du pH dans seulement quelques microlitres d'échantillons."
Certaines méthodes disponibles dans le commerce utilisées pour tester le pH reposent sur les décisions subjectives de l'œil humain. Par exemple, l’utilisation de bandes de papier contenant des colorants qui changent de couleur en fonction du pH de la substance repose sur la comparaison de la couleur avec une échelle. Il en résulte une variation significative dans leurs réponses. Certaines personnes peuvent considérer la couleur comme un pH de 7,5, d'autres comme un pH de 8, par exemple. Cette méthode n’est donc pas sensible aux petits changements de pH, ce qui signifie qu’il s’agit plutôt d’une estimation approximative. Certains des colorants utilisés sont également toxiques pour les échantillons, ce qui affectera le pH enregistré.
Une méthode plus sensible de mesure du pH utilise des électrodes en verre extrêmement fragiles, qui se brisent facilement, elles ne sont donc généralement utilisées qu'en laboratoire.
Pour résoudre ces problèmes, le Dr Dong et son étudiant de troisième cycle Weiyu Xiao ont utilisé de nouveaux matériaux et méthodes pour créer un capteur de pH sensible mais robuste.
Dans le nouveau capteur de pH du Dr Dong et Xiao, les échantillons de fluide traversent une série de minuscules canaux (canaux microfluidiques) et trois électrodes très sensibles constituées de matériaux et de métaux en couches sensibles à la lumière.
"Notre solution au problème repose sur le développement de canaux et d'électrodes microfluidiques par photolithographie, une méthode souvent utilisée dans l'industrie de fabrication de semi-conducteurs."
Ces capteurs de pH microfluidiques peuvent détecter des variations mineures du nombre de protons au sein d’une substance, qui définissent le pH. Cela permet la mesure du pH avec une excellente précision.
L'équipe a actuellement un brevet en instance pour le capteur de pH et développe des collaborations avec des développeurs industriels qui intégreront la technologie dans leur équipement de laboratoire.
"Le succès de cette étude est dû au travail acharné de mon doctorant actuel, Weiyu Xiao, qui était étudiant en maîtrise pendant ce travail. C'est très impressionnant de voir un étudiant atteindre un si haut niveau en si peu de temps. période. Elle est un excellent modèle et j'espère que d'autres étudiants seront inspirés par tout ce qu'elle a accompli.
"Ce travail est également dû à mes précédents collègues, le Dr Abdennour Abbas de l'Université du Minnesota et le Dr Yu Lei de l'Université du Connecticut, qui m'ont aidé à formuler les idées de ce projet et de bien d'autres."
L'équipe estime que leur nouveau capteur aura de nombreuses applications commerciales, allant de l'aide à la détection de cancers et de virus à transmission vectorielle à l'identification de la contamination des sols pulvérisés avec des pesticides.
Plus d'informations : Weiyu Xiao et al, Capteur de pH potentiométrique à base de microfluidique à base d'oxyde d'iridium et d'hydroxyde de cobalt, Microchimica Acta (2023). DOI :10.1007/s00604-023-06035-z
Fourni par Xi'an Jiaotong-Université de Liverpool
