Lorsque vous achetez quelque chose, du maquillage à la peinture en passant par la crème solaire, il y a de fortes chances qu'il contienne des nanoparticules artificielles. Ces matériaux à l'échelle nanométrique ont des propriétés qui révolutionnent les produits, de la médecine à l'agriculture en passant par l'électronique. Mais éventuellement, ces nanoparticules atteindront les milieux naturels. Pour les utiliser en toute sécurité et à leur plein potentiel, nous devons savoir comment ils se comportent dans des environnements réels et si ce comportement entraîne des conséquences imprévues.
Greg Lowry, professeur de génie civil et environnemental à l'Université Carnegie Mellon, étudie le comportement et l'impact des nanoparticules dans l'environnement. Les chercheurs ont étudié le devenir des nanoparticules en suivant les nanoparticules d'or, car elles sont stables et faciles à trouver, c'est du moins ce que pensaient les chercheurs.
Récemment, Lowry et la chercheuse post-doctorale Astrid Avellan ont fait une découverte décisive :les nanoparticules d'or se dissolvent en fait dans les environnements d'eau douce, lorsqu'ils entrent en contact avec des micro-organismes présents sur les plantes aquatiques. Pendant le processus de dissolution, des ions d'or sont libérés, qui se comporteront différemment des nanoparticules et pourraient être toxiques pour certains micro-organismes. L'étude n'a pas mesuré la toxicité, cela ne signifie donc pas que les nanoparticules d'or sont nocives. en comprenant mieux leur comportement dans des environnements biologiquement actifs, les scientifiques peuvent finalement utiliser ces connaissances pour concevoir de meilleurs nanomatériaux. Leurs conclusions ont été publiées dans Nature Nanotechnologie .
"Cette étude nous a ouvert les yeux sur l'importance des plantes et du microbiome végétal dans la détermination du devenir des nanomatériaux manufacturés dans les environnements d'eau douce, " dit Lowry. " Ces plantes, et les biofilms en général, sont des puits importants pour les nanomatériaux et constituent un compartiment fascinant à étudier. »
L'équipe a examiné exactement les causes de cette transformation et à quelle vitesse elle se produit. Ils ont effectué leurs tests dans ce qu'on appelle un mésocosme, un environnement naturel d'eau douce contrôlé. Le mésocosme, hébergé au Center for Environmental Implications of NanoTechnology de l'Université Duke, contient de la terre, sédiment, l'eau, les plantes, insectes, poisson, et les micro-organismes qui vivent habituellement dans ces environnements naturels. Avellan et l'équipe de recherche ont libéré des nanoparticules d'or dans l'eau du mésocosme en très faibles quantités chaque semaine pour imiter à long terme, faibles doses attendues des utilisations des nanomatériaux. Ils voulaient voir comment les nanoparticules se comporteraient dans un complexe, écosystème biologiquement actif. Après six mois, ils ont constaté que 70% de l'or s'accumulait avec les plantes aquatiques, et que toutes les nanoparticules d'or s'étaient dissoutes et changées en d'autres formes d'or. Lorsqu'ils ont examiné de plus près le biofilm, ou une substance collante constituée de bactéries et de micro-organismes présents sur les plantes, ils ont découvert que les micro-organismes libéraient du cyanure qui interagissait avec les nanoparticules d'or. Les nanoparticules d'or se sont dissoutes (ou ionisées) et ont formé du cyanure d'or ainsi que d'autres complexes d'or qui sont restés avec les plantes.
Les nanoparticules sont des agrégats d'atomes formant des particules entre un et cent nanomètres, ou un centième à un millième de l'épaisseur d'un cheveu humain. Leur taille leur confère des propriétés inédites qui profitent à de nombreuses applications :elles pourraient mieux traiter l'eau, ils pourraient tuer les bactéries sur une plaie, ils pourraient créer des matériaux plus solides mais plus légers.
"Nous avons découvert que l'or s'accumulait comme un fou dans les plantes aquatiques, ce qui n'était pas ce à quoi nous nous attendions, " a déclaré Astrid Avellan. " Nous avons donc creusé cela et avons découvert que l'or était associé à ces plantes, mais ce n'était plus des nanoparticules."
Il s'agit d'une avancée majeure car les nanoparticules d'or étaient considérées comme un matériau stable, et ont souvent été utilisés comme traceur pour comprendre le comportement des nanomatériaux. Si vous trouvez les nanoparticules, vous savez alors où les nanoparticules s'accumulent. Les résultats de cet article impliquent que même des nanoparticules métalliques relativement inertes comme l'or peuvent réellement se dissoudre lorsqu'elles interagissent avec le biofilm dans les environnements aquatiques.
« Les interactions des nanomatériaux avec le phytobiome peuvent potentiellement être exploitées au profit de l'agriculture, " a déclaré Lowry. " La communauté des chercheurs commence seulement à comprendre le rôle du phtyobiome sur la productivité des plantes. Cette étude indique le potentiel de concevoir des nanomatériaux qui fonctionnent avec le phytobiome pour améliorer la productivité des plantes. Les interventions réussies dans l'agriculture devront considérer comment travailler en synergie avec la nature. »
Bien que les effets de la transformation de l'or doivent être étudiés davantage, il est possible qu'il soit toxique pour certains organismes. Les ions pourraient également se déplacer plus rapidement et plus loin que les nanoparticules, se répartissent différemment dans les organismes et dans l'environnement. La bonne nouvelle est que maintenant les chercheurs ont découvert comment et pourquoi ils se dissolvent, afin que nous puissions être intelligents sur les utilisations et applications futures des nanoparticules, même en tirant parti de ce phénomène à notre avantage.
"Maintenant, nous savons pourquoi et dans quelles conditions les nanoparticules d'or se dissolvent, " a déclaré Avellan. " Ainsi, nous pouvons tirer parti de ces connaissances et les utiliser à notre avantage pour concevoir de meilleurs matériaux. "
