Laitue après exposition aux nanotubes de carbone. Crédit :Kamol Das
Les nanotubes de carbone sont minuscules. Ils peuvent être cent mille fois plus petits que la largeur d'un cheveu humain. Mais ils ont un potentiel énorme.
Les produits fabriqués à l'aide de nanotubes de carbone comprennent les barres d'armature pour le béton, articles de sport, éoliennes, et piles au lithium, entre autres.
Les utilisations potentielles des nanotubes de carbone pourraient s'étendre à divers domaines, comme l'agriculture, biomédecine et sciences spatiales.
Mais comme nous utilisons plus de nanotubes de carbone pour fabriquer des choses, nous augmentons également les chances que ces nanotubes pénètrent dans différents environnements et écosystèmes.
"C'est pourquoi il est important de comprendre comment les nanotubes de carbone se comportent dans ces environnements, " dit Yu Yang, membre de la Soil Science Society of America.
Dans une nouvelle étude, Yang et ses collègues décrivent un moyen de mesurer les niveaux d'un type spécifique de nanotube de carbone dans les tissus végétaux. Leurs recherches ont été récemment publiées dans Journal de la qualité environnementale .
Les nanotubes de carbone peuvent se retrouver dans les champs agricoles et les produits alimentaires. Là, ils peuvent constituer une menace pour la santé humaine et environnementale.
« Savoir mesurer les nanotubes de carbone dans l'environnement est crucial pour comprendre leur devenir et leurs effets sur l'environnement, " dit Yang.
Laitue en culture hydroponique. Crédit :Valeria Nava
Pour imiter les nanotubes dans l'environnement, Yang et ses collègues ont cultivé de la laitue hydroponique en présence de nanotubes de carbone. Ensuite, ils ont analysé les feuilles de laitue à la recherche de traces de nanotubes de carbone.
Yang a découvert que cette méthode pouvait détecter de petites quantités de nanotubes de carbone dans les feuilles, tiges et racines des plants de laitue.
"Nous avons développé une méthode pour répondre au défi de la quantification des nanomatériaux de carbone dans l'environnement, ", dit Yang. "Ces résultats peuvent aider à guider l'application durable des nanotubes de carbone dans les environnements naturels."
Le défi de la mesure des nanotubes de carbone dans l'environnement est qu'ils sont faits de carbone. Tous les êtres vivants sur Terre, y compris les humains et les plantes, ont le carbone comme élément constitutif clé.
La tâche à laquelle Yang et ses collègues ont été confrontés consistait à distinguer le carbone dans les matériaux vivants du carbone dans les nanotubes de carbone.
Une seule couche d'atomes de carbone disposés en nid d'abeilles est appelée graphène. Un nanotube de carbone est une feuille de graphène enroulée dans un petit cylindre.
Les nanotubes de carbone constitués d'une seule feuille de graphène sont appelés nanotubes à paroi unique. La superposition de plusieurs tubes dans d'autres donne des nanotubes de carbone à parois multiples.
Les scientifiques peuvent ajouter différentes molécules aux nanotubes de carbone. L'ajout de ces molécules peut modifier leurs caractéristiques. Ils pourraient se dissoudre plus facilement dans les solvants, par exemple.
La chercheuse Valeria Nava travaille en laboratoire avec des nanotubes de carbone. Crédit :Frank Yang
"Les nanotubes de carbone avec des molécules ajoutées pourraient être utilisés dans la fabrication de nanocomposites, biomédecine, et des sondes chimiques ou biologiques, " dit Yang.
Dans des recherches antérieures, Le groupe de Yang a quantifié les nanotubes de carbone à parois multiples dans les plantes. Mais personne n'avait mesuré si ce type de nanotube de carbone avec une molécule spécifique ajoutée pénètre dans les plantes.
Les chercheurs ont utilisé une technique appelée analyse thermique programmée. Dans cette approche, les matériaux sont chauffés de manière contrôlée dans différents environnements, par exemple plus ou moins d'oxygène, par exemple.
La façon dont différents matériaux réagissent au chauffage dans différents environnements peut fournir de gros indices sur ces matériaux.
Yang et ses collègues ont découvert qu'ils pouvaient utiliser l'analyse thermique programmée pour détecter le carbone dans les nanotubes. En utilisant ces données, ils pourraient également distinguer le carbone des nanotubes de carbone du carbone des plantes.
Il s'agit de la première étude à mesurer les niveaux de ce type de nanotubes de carbone dans les plantes en utilisant l'analyse thermique. "C'est crucial pour comprendre le devenir des nanotubes de carbone dans l'environnement et estimer l'exposition humaine potentielle, " dit Yang.
Yang travaille maintenant à détecter des quantités encore plus faibles de nanotubes de carbone dans l'environnement.
"Nous voulons aussi essayer de mesurer des nanotubes de carbone avec différentes molécules ajoutées, ", dit Yang. Il prévoit également d'étendre les matériaux de test au-delà des plants de laitue. "Nous voulons tester cette approche dans différents environnements."
Finalement, l'objectif est de faire progresser l'application des nanotubes de carbone. « Pouvoir mesurer avec précision les nanotubes de carbone dans l'environnement peut favoriser leur utilisation durable, " dit Yang.
