Les microplastiques sont de minuscules particules de plastique à peine visibles qui peuvent nuire à l'environnement, par exemple si elles sont mangées par les animaux. Cependant, il a été difficile d'évaluer l'effet de particules encore plus petites, qui peuvent difficilement être détectées à l'aide des méthodes conventionnelles :les 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 la TU Wien (Vienne) ont désormais réussi à développer une méthode de mesure capable de détecter des particules nanoplastiques individuelles de plusieurs ordres de grandeur plus rapidement que les techniques précédentes. Ces résultats ont été publiés dans la revue Scientific Reports . La nouvelle méthode a le potentiel de devenir la base de nouveaux appareils de mesure pour l'analyse environnementale.
"Nous utilisons un principe physique qui a également souvent été utilisé en analyse chimique, à savoir la diffusion Raman", explique Sarah Skoff, chef du groupe de recherche en optique quantique à l'état solide et en nanophotonique à la 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 réémis sous forme de lumière.
En mesurant cette lumière et en comparant son énergie avec la lumière laser émise à l'origine, l'énergie vibratoire de la molécule est déterminée. Et comme les différentes molécules vibrent de différentes manières, il est possible de découvrir de quelle molécule il s'agit.
"La spectroscopie Raman ordinaire ne serait toutefois pas adaptée à la détection des 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 considérablement cette technique.
L'astuce 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 déposé sur une grille extrêmement fine en or. Les fils d’or individuels n’ont qu’une épaisseur de 40 nanomètres et sont espacés d’environ 60 nanomètres. "Cette grille métallique agit comme une antenne", explique Skoff. "La lumière laser est amplifiée à certains points, ce qui entraîne une interaction beaucoup plus intense avec les molécules. Il existe également une interaction entre la molécule et les électrons du réseau métallique, ce qui garantit que le signal lumineux des molécules est également transmis. 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 connaissons les longueurs d'onde caractéristiques des particules nanoplastiques et nous recherchons donc très spécifiquement des signaux à ces longueurs d'onde précises", 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 recherchée. Chez nous, cela ne prend que quelques millisecondes. ". Des expériences avec du polystyrène (styromousse) 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.
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 des nanoplastiques dans des échantillons biologiques et environnementaux pertinents, tels que le sang.
"En tout cas, nous avons désormais pu démontrer que le principe physique de base fonctionne", explique Skoff. "En principe, cela pose les bases du développement de nouveaux appareils de mesure qui pourraient à l'avenir être utilisés pour examiner des échantillons directement dans la nature en dehors du laboratoire."
Plus d'informations : Ambika Shorny et al, Imagerie et identification de particules et d'agglomérats nanoplastiques uniques, Rapports scientifiques (2023). DOI :10.1038/s41598-023-37290-y
Informations sur le journal : Rapports scientifiques
Fourni par l'Université de technologie de Vienne
