Les nanozymes sont des matériaux synthétiques qui imitent les propriétés des enzymes naturelles pour des applications en biomédecine et en génie chimique. Historiquement, ils sont généralement considérés comme trop toxiques et coûteux pour être utilisés en agriculture et en science alimentaire. Aujourd'hui, des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign ont développé un nanozyme biologique, non toxique, respectueux de l'environnement et rentable.

Dans un article récemment publié, ils décrivent ses caractéristiques et sa capacité à détecter la présence de glyphosate, un herbicide agricole courant. Leur objectif est de créer à terme un kit de test convivial pour les consommateurs et les producteurs agricoles.

"Le mot nanozyme est dérivé de nanomatériau et d'enzyme. Les nanozymes ont été développés pour la première fois il y a environ 15 ans, lorsque les chercheurs ont découvert que les nanoparticules d'oxyde de fer pouvaient exercer une activité catalytique similaire à celle des enzymes naturelles (peroxydase)", a expliqué Dong Hoon Lee, doctorant à l'Université de Sydney. Département de génie agricole et biologique (ABE), qui fait partie du Collège des sciences de l'agriculture, de la consommation et de l'environnement (ACES) et du Grainger College of Engineering de l'Université d'I.

Ces nanozymes imitent l'activité de la peroxydase, une enzyme qui catalyse l'oxydation d'un substrat en utilisant le peroxyde d'hydrogène comme agent oxydant. Ils offrent une plus grande stabilité et un coût inférieur à celui de la peroxydase naturelle, et ils sont largement utilisés dans la recherche biomédicale, notamment dans les biocapteurs pour la détection de molécules cibles dans le diagnostic des maladies.

"Les nanozymes traditionnels sont créés à partir de matériaux inorganiques à base de métaux, ce qui les rend trop toxiques et coûteux pour être appliqués directement à l'alimentation et à l'agriculture", a déclaré Lee.

"Notre groupe de recherche est pionnier dans le développement de nanozymes entièrement organiques (nanozymes OC) qui présentent des activités similaires à celles de la peroxydase. Le nanozyme OC suit l'activité catalytique de l'enzyme naturelle mais est principalement basé sur des composés organiques respectueux de l'agriculture, tels que l'urée agissant comme agent chélateur et l'alcool polyvinylique comme stabilisant des particules."

Les chercheurs ont également mis en œuvre un système de détection optique intégré au nanozyme OC pour la détection des molécules cibles. Les analyses colorimétriques, un type de méthodes de détection optique, utilisent l'intensité de la couleur pour fournir une concentration estimée de la présence de molécules spécifiques dans une substance, de sorte qu'une couleur plus foncée ou plus claire indique une quantité inférieure ou supérieure de molécules cibles. Le nanozyme à composé organique a des performances comparables à celles des nanozymes généralement utilisés dans les applications de biodétection, dans le cadre de leur profil cinétique et de leurs performances de détection de molécules.

"Les nanozymes traditionnels présentent de nombreux problèmes :toxicité, dégradation longue et processus de production complexe. En revanche, notre nanozyme est plus rapide à produire, rentable, non toxique et respectueux de l'environnement", a déclaré Mohammed Kamruzzaman, professeur adjoint. en ABE et co-auteur de l'étude.

Lee et Kamruzzaman ont appliqué la plateforme de détection colorimétrique basée sur les nanozymes OC pour détecter la présence de glyphosate, un herbicide largement utilisé dans l'industrie agricole. Ils ont effectué des tests colorimétriques dans des solutions contenant différentes concentrations de glyphosate, et ont découvert que le nanozyme organique était capable de détecter le glyphosate avec une précision adéquate.

« Il existe une demande croissante pour tester la présence de pesticides ou d'herbicides dans les produits agricoles afin de protéger la santé humaine et celle des cultures. Nous souhaitons développer une plate-forme de test au point d'utilisation basée sur les nanozymes OC pour les agriculteurs ou les consommateurs, qui peut être appliquée sur le terrain ou à la maison", a déclaré Kamruzzaman.

"Les gens obtiendraient un kit de test contenant une substance à mélanger à leur échantillon, puis prendraient une photo et utiliseraient une application sur leur téléphone pour identifier l'intensité de la couleur et interpréter s'il y a du glyphosate présent. Le but ultime est de rendre le test portable. et applicable partout."

Les chercheurs travaillent également au développement de nanozymes supplémentaires et considèrent que ces matériaux respectueux de l'environnement présentent un grand potentiel pour un large éventail d'applications.

La recherche est publiée dans la revue Nanoscale .

Plus d'informations : Dong Hoon Lee et al, Nanozymes à base de composés organiques pour la détection d'herbicides agricoles, Nanoscale (2023). DOI :10.1039/D3NR02025H

Informations sur le journal : Nanoscale

Fourni par l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign