La détection sensible et sélective de polluants chimiques ou de nanoparticules est un défi environnemental, en particulier à l’heure où de très nombreux produits manufacturés contiennent des nanoparticules (peintures, cosmétiques, industrie alimentaire).

Le capteur, développé en collaboration avec une équipe de l’ITODYS, est une opale inverse (sphères d’air dans une matrice diélectrique) en polymère à empreinte de la nanoparticule cible.

En présence de la cible, le polymère gonfle, ce qui se traduit par une augmentation du diamètre des sphères d’air et donc d’une modification de la réponse optique du cristal photonique. La détection se fait en mesurant le spectre de la lumière réfléchie par le capteur à un certain angle. On observe un décalage du spectre vers le rouge quand la quantité de nanoparticules cible augmente (voir spectre de la Fig. 1).

La synthèse du capteur repose sur des techniques de chimie douce peu couteuses. En effet, nous partons d’une opale de silice que nous infiltrons avec une solution contenant des monomères fonctionnel et réticulant ainsi que la nanoparticule cible (ici des nanocristaux colloïdaux). Le mélange est ensuite photopolymérisé sous lampe UV et la silice et les nanocristaux sont extraits à l’acide fluoridrique (voir Fig. 1).

Figure 1 : Schéma de principe du capteur et mise en évidence du décalage de réflectivité en présence des nanocristaux à détecter.

Ce capteur a été caractérisé en termes de sensibilité et sélectivité. Sans chercher à atteindre la limite de sensibilité, nous avons détecté des concentrations en nanocristaux aussi faibles de 8x10-11 mol/L ( 0.025 ng.mL-1) correspondant à un décalage spectral de 40 nm par rapport à une référence (donnée par l’infiltration dans l’opale inverse d’un même volume de solution tampon sans nanocristaux). Cette valeur est, par exemple, bien plus faible que la limite de détection obtenue par méthode électrochimique pour des nanocristaux de CdS.

Nous avons mis en évidence les propriétés de sélectivité du capteur en infiltrant l’opale inverse avec des nanoparticules de nature, taille ou fonction de surface différentes. Pour ces différents types de nanoparticules, nous avons mesuré des décalages spectraux quatre fois plus faibles que pour les nanocristaux cibles.

L’association d’opales avec des polymères stimulables permet donc de réaliser des capteurs de nanoparticules peu couteux, faciles d’utilisation, sensibles et sélectifs.

Collaboration : Claire Mangeney (ITODYS, Université Denis Diderot)

Contrats : ANR DGA CALYPSO, Labex MATISSE

Pour en savoir plus :

S. Gam-Derouich, C. Bourdillon, W. Daney De Marcillac, L. Coolen, A. Maître, C. Mangeney and C. Schwob : Quantum dot-imprinted polymers with size and shell-selective recognition properties, Chem. Commun., 2015, 51, 14933-14936

Sarra Gam-Derouich, Céline Bourdillon, Soraya Lakhdar Chaouche, Laurent Coolen, Agnès Maître, Claire Mangeney and Catherine Schwob : Imprinted photonic hydrogels for the size and shell selective recognition of nanoparticles, Angewandte Chemie, 2017, 56, 9710-9714