La nanotechnologie et la surveillance environnementale!!!

Présentation au sujet: "La nanotechnologie et la surveillance environnementale!!!"— Transcription de la présentation:

1 La nanotechnologie et la surveillance environnementale!!!

2 Du nano-velcro pour l’analyse d’eaux!!!
L’Homme moderne pollue mais cherche aussi des solutions à ces problèmes! Selon les activités industrielles (exploitation minière, métallurgie, transformation de pâte à papier, combustion des déchets et des combustibles fossiles), la concentration d’ions métalliques dans les eaux usées varie constamment…..

3 Du nano-velcro pour l’analyse d’eaux!!!
Parce qu’il y a accumulation d’ions métalliques tel le méthyl-mercure, le cadmium, le zinc….. dans la chaîne alimentaire (bioaccumulation dans les poissons comme le thon et l’espadon), de graves problèmes de santé environnementale et humaine sont au rendez-vous!! Ex.: Les femmes enceintes doivent limiter leur consommation de poisson car, chez le fœtus, le mercure peut entraîner des troubles du développement du système nerveux.

4 Du nano-velcro pour l’analyse d’eaux!!!
Une solution se pointe à l’horizon! Une nouvelle technologie développée récemment, utilise des nanopoils pour capturer ces ions et mesurer leur concentration ….même à l’état de traces (10-18 M de méthylmercure selon les auteurs), dans l’eau ou la chair de poisson!!!! Développée par les équipes de Francesco Stellacci à l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) et Bartosz Grzybowski à la Northwestern University et publié en 2012

5 Du nano-velcro pour l’analyse d’eaux!!!
On utilise des nanoparticules d’or (Au NPs) couverts de nano-poils; le diamètre moyen de ces Au NPs est de 5.6 ± 0.8 nm. Ces nanoparticules sont fixés sur un lame de verre qui est couplé à un appareil de mesure de conductivité électrique. En modifiant la structure chimique des nano-poils, il est possible de cibler le type de polluant recherché.

6 Du nano-velcro pour l’analyse d’eaux!!!
Fonctionnalisation des nanoparticules d’or (Au NPs) dans un mélange de solvants organiques: Les nanoparticules d’or sont couplées à un mélange de 2 molécules (qui formeront les nano-poils*) – liaisons covalentes non-polaires Η-hexanethiol (HT) Alcanethiol terminé par 1, 2 ou 3 ethylèneglycol (EG) * Approx. 1,3 ± 0,1 nm longueur

7 Du nano-velcro pour l’analyse d’eaux!!!
Détection de cations X (de rayons ioniques différents) selon la structure chimique des nano-poils Si 3 EG, détection des ions CH3Hg+, avec une sensibilité de l’ordre du 1 aM (10-18M) Si 2 EG, détection des ions Cd+2 et K+, avec une sensibilité de l’ordre du 1 pM (10-12M) Si 1 EG, détection des ions Zn+2, avec une sensibilité de l’ordre du 1 nM (10-9M)

8 Du nano-velcro pour l’analyse d’eaux!!!
Détection de cations X (de rayons ioniques différents) selon la structure chimique des nano-poils Liaison de coordinence: les 2 é viennent d’un même atome (ici, oxygène de EG). Si plus de EG, les poils sont plus flexibles, capturant ainsi des cations plus gros

9 Du nano-velcro pour l’analyse d’eaux!!!
On trempe dans l’eau une languette de verre recouverte d’un film de nanoparticules «poilues», pendant 2 minutes. Quand un ion – une particule dotée d’une charge positive, comme le méthylmercure ou l’ion cadmium, par exemple – se retrouve entre deux poils, ces derniers se referment et piègent le polluant. Ion trappé –boule verte Résultat de l’autoassemblage des NPs (film de nano-particules d’or)

10 Du nano-velcro pour l’analyse d’eaux!!!
Nano-poils avec 3 EG CH3Hg+ LUMO** ẽ HOMO* Au NPs * HOMO: highest occupied molecular orbital (niveau initial) ** LUMO: lowest unoccupied molecular orbital (niveau excité) L’ électron (ẽ) a tendance à monter dans les nano-poils, voyageant du stade HOMO au stade LUMO. Ceci engendre un changement dans le nuage électronique à l’extrémité du nano-poil, ce qui attire le cation et le capture/ adsorbe!!!! Dans ce cas, une diminution du ∆ E est enregistré, indiquant ainsi la présence du cation!!

11 Du nano-velcro pour l’analyse d’eaux!!!
+ cations (picots bleus) Au NPs électrodes Lorsque liaison de cations, le ∆ E diminue, ce qui augmente la conductivité de l’assemblage des NPs d’or (forment un film conducteur et augmentent la surface réelle des électrodes!!!!) Formation de voies de conductance électrique (trajet en bleu dans image b, ci-haut) qui est capté par les 2 électrodes, chaque côté de la monocouche de nanoparticules d’or (Au NPs) signal!!!

12 Du nano-velcro pour l’analyse d’eaux!!!
L’analyse peut être effectuée sur le terrain, et les résultats sont immédiatement disponibles et beaucoup moins dispendieux que les méthodes actuelles Méthode actuelle d’analyse Après transformation du méthylmercure en éthylméthylmercure, concentration de l’échantillon puis analyse par chromatographie gazeuse combinée à un ICP/MS

13 VIVE la SCIENCE!!!!

14 Autres sources d’informations:

15 De… Auteur: Lucie Brouillette , avril 2013 Dans le cadre du projet de collaboration collège-universités