09/02/2017 - Ils développent un nouveau matériau qui peut être utilisé comme capteur et qui répond à différents stimuli comme la fluorescence.

Menéame

Enquêteurs Département de chimie physique de l'UPV/HU ont développé un nouveau matériau qui peut être utile en tant que capteur, car ses composants répondent à différents stimuli tels que la fluorescence.

Erlantz Lizundia, chercheur au Département de Chimie Physique de l'UPV/EHU et expert en cellulose, a commencé l'enquête lors d'un séjour qu'il a effectué au Canada. Le groupe de recherche dans lequel il était spécialisé dans l'organisation sous forme d'hélice d'un produit extrait de la cellulose, les nanoverres de cellulose (CNC). Dans des conditions spécifiques, les cristaux peuvent acquérir une forme hélicoïdale, ou ce qui est le même, former des structures chirales nématiques, en organisant les cristaux dans des couches ordonnées, et ainsi réaliser des membranes avec des propriétés très spéciales: "En fonction de la distance entre les couches de nanoverres de cellulose qui composent l'hélice, ou structure chirale nématique, la membrane présente une couleur différente. Une interaction entre la structure et la lumière est assurée et, par conséquent, change la longueur d'onde de la lumière, et on obtient des matériaux de couleurs vives," explique Lizundia. Cette capacité à changer de couleur qui présente la structure "peut être très utile pour utiliser ces membranes comme capteurs; par exemple, en les mettant dans un environnement humide, la structure sera gonflée et augmentera la distance entre les couches, et changera de couleur ," ajoute-t-il. Cet effet est connu sous le nom de couleur structurelle, et est très commun dans la nature. La couleur de nombreux animaux (serpents, caméléons) et plantes est la conséquence directe de leur structure supramoléculaire, et elle n'est pas liée, contrairement à ce qu'on pourrait penser, à la présence de pigments.

Pour aller au-delà de ce qui avait été appris au Canada, Lizundia a pensé à intégrer d'autres nanoparticules fonctionnelles dans cette structure chirale nématique, des particules qui changent de propriétés face aux stimuli externes. Il a choisi les nanopoints de charbon (carbon dot en anglais), d'une part parce qu'ils sont fluorescents, c'est-à-dire qu'ils émettent de la couleur en les excitant par la lumière ultraviolette, et d'autre part parce qu'il a pu les obtenir en utilisant comme matière première du sucre: "J'ai réussi ces nanoparticules en soumettant le glucose à un traitement hydrothermal, en utilisant uniquement de l'eau et de la chaleur, et par un processus rapide et bon marché ," explique le chercheur.

Le matériau final présente les caractéristiques que Lizundia cherchait: D'une part, " c'est un matériau respectueux de l'environnement, car il n'est pas toxique et ses matières premières sont de caractère renouvelable, et le processus de synthèse est rapide, simple et évolutive. D'autre part, le fait d'être fluorescent donne au matériau des propriétés intéressantes pour être utilisé comme capteur," concret Lizundia.

Appropriés comme capteurs de métaux et comme bioimage

L'introduction de points de carbone dans la structure chirale nématique des nanoverres de cellulose rend ce matériau particulièrement approprié en tant que détecteur de la présence de fer, ce qui, comme l'explique Lizundia, "s'avère très utile pour détecter la pollution moyenne changeante ou la présence de métaux dans le corps. Concrètement, j'ai étudié la réponse du matériel au zinc et au fer, qui sont tous deux très riches en questions environnementales et biologiques. J'ai remarqué que l'interaction des ions métalliques avec les nanoparticules de carbone influe sur le niveau de fluorescence émis par les nanoparticules. En présence de fer, il diminue sa fluorescence, et en présence de zinc, cependant, il augmente"

Une autre application possible de ce matériel peut être l'utilisation pour former des bioimages. Au cours de l'enquête menée, Lizundia n'est parvenue qu'à prouver qu'elle offrait effectivement cette possibilité. "Je vais bientôt lancer une recherche pour approfondir ce sujet, et utiliser ces nanoparticules pour la création de bioimages." La bioimagerie consiste à créer des images par des méthodes non invasives de processus biologiques, telles que des processus cellulaires, et à mesurer l'interaction entre molécules en temps réel, là où ces interactions se produisent.

Renseignements complémentaires

Le chercheur de l'UPV/EHU Erlantz Lizundia a mené ses travaux de recherche en collaboration avec l'Université de British Columbia (UBC) du Canada, ainsi qu ' avec l'entité FPinnovations, également canadienne. À l'époque, Lizundia était chercheur au département de chimie physique de Leioa. Il est maintenant professeur associé au Département d'Expression graphique et Projets d'Ingénierie de l'École d'Ingénierie de Bilbao.

Référence bibliographique

E. Lizundia, T.D. Nguyen, J. L. Vilas, W. Y. Hamad, M. J. MacLachlan.. Chiroptical luminescent nanostructured cellulose films. Materials Chemistry Frontiers. 2016. DOI: 10.1039/C6QM00225K.

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Image: Processus de synthèse du nouveau matériel. Photo: Erlantz Lizundia (UPV/EHU)

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