Un détecteur de nanoplastiques imprimé en 3D cible la pollution par les microplastiques

Une équipe d'ingénieurs de l'Université McGill a récemment dévoilé un détecteur de nanoplastiques imprimé en 3D. Ce nouvel appareil permet de détecter les polluants nocifs plus efficacement et sur un spectre plus large. Les chercheurs espèrent que leur nouveau système favorisera la collaboration et l'innovation dans le secteur des polluants microplastiques. Voici comment ce développement pourrait contribuer à rendre le monde plus sûr pour les générations futures.

Pourquoi les microplastiques sont une crise environnementale croissante

Depuis l'essor de la production de plastique au début du XIXe siècle, les microplastiques se sont progressivement accumulés dans l'environnement. Le terme « microplastiques » est apparu pour la première fois en 19, après que Richard Thompson et une équipe de chercheurs l'ont utilisé suite à des recherches sur les polluants océaniques. Ces minuscules particules de plastique, de moins de 2004 mm, se forment après la décomposition de morceaux de plastique plus gros au fil du temps.

Des rapports indiquent que jusqu'à 40 millions de kilos de microplastiques pénètrent dans l'environnement chaque année. Malheureusement, ces mêmes rapports suggèrent qu'à ce rythme, ce chiffre doublera d'ici 2040. Selon les chercheurs, les microplastiques sont désormais présents dans presque tous les environnements, et même dans notre corps.

Les microplastiques sont particulièrement dangereux car ils pénètrent dans la chaîne alimentaire, entraînant des situations dangereuses. En 2022, chercheurs Aux Pays-Bas, une série d'expériences a été menée pour évaluer l'ampleur de la pollution au niveau individuel. Les tests ont révélé que 80 % des sujets présentaient des polluants microplastiques dans leur organisme.

Une autre étude¹, cherchant à déterminer l'absorption moyenne de microplastiques par une personne, a constaté que l'adulte moyen absorbe plus de 121,000 XNUMX particules de microplastique par an par l'air, l'alimentation et les boissons. Aux préoccupations liées à l'ingestion s'ajoutent des problèmes de qualité de l'air et de l'eau. Le problème est devenu si grave que les Nations Unies ont fait de la réduction des microplastiques un objectif mondial.

Méthodes actuelles de détection des microplastiques

La méthode actuelle de détection des microplastiques dans l'environnement nécessite plusieurs étapes. La spectrométrie de masse offre la détection la plus détaillée et la plus précise des microplastiques à l'échelle nanométrique. Cependant, ces échantillons doivent être collectés et correctement préparés avant de pouvoir être testés.

Défis des techniques traditionnelles de détection des microplastiques

La méthode actuelle de détection des microplastiques impose aux chercheurs un temps considérable pour préparer les échantillons en vue de leur analyse par spectrométrie de masse (MS). Cette complexité, combinée à l'absence totale de protocoles établis pour la détection des nanoplastiques, a entraîné des lacunes dans la recherche et une incapacité à détecter avec précision et efficacité les nano- et microplastiques dans un large éventail de matrices environnementales.

Étude révolutionnaire de l'Université McGill

Des chercheurs de l'Université McGill pensent avoir résolu ce problème. Ils ont récemment publié leur étude.² Une plateforme de spectrométrie de masse HoLDI pour la détection de nanoplastiques en suspension dans l'air, dans la revue scientifique Nature's Communications Chemistry. Cet article présente une nouvelle méthode de collecte et d'analyse des nano- et microplastiques en suspension dans l'air et l'eau.

La source - Nature

Qu'est-ce que le détecteur de nanoplastiques HoLDI imprimé en 3D ?

Les ingénieurs ont commencé leurs travaux en s'appuyant sur la spectrométrie de masse (SM) à désorption/ionisation laser assistée par matrice (MALDI) déjà existante pour la recherche sur les nano/microplastiques aéroportés. Ils ont constaté que l'intégration d'une plateforme de SM à désorption/ionisation laser creuse (HoLDI) imprimée en 3D permettrait d'obtenir des signaux SM plus efficaces, plus fiables et plus durables.

Comment fonctionne la désorption/ionisation par laser creux

Plusieurs raisons ont poussé les ingénieurs à considérer HoLDI-MS comme la meilleure option. Tout d'abord, elle élimine le besoin de prétraitements complexes des échantillons. Ces étapes représentent un défi majeur pour les ingénieurs et ont conduit à un manque de normalisation mondiale, limitant ainsi la coopération internationale.

Construction de la configuration du détecteur imprimé en 3D

Les chercheurs ont mis en place leur nouveau système à l'aide de substrats contenant des analytes, directement fixés au fond d'une plaque cible HoLDI imprimée en 3D. L'ensemble est ensuite fixé à un support de plaque avant que l'équipe ne place l'échantillon dans le spectromètre de masse. Une fois cette configuration en place, l'équipe utilise des lasers pour pénétrer la plaque cible. Le faisceau traverse notamment les structures creuses avant d'irradier les particules en suspension dans l'air, permettant ainsi à l'équipe d'analyser directement l'échantillon.

Analyse directe et sans préparation des microplastiques

Les ingénieurs ont constaté que la suppression du processus de préparation des échantillons constituait une amélioration majeure du système. La complexité de la préparation des échantillons a longtemps freiné l'utilisation de la spectrométrie de masse sur le terrain. Cette nouvelle approche permet de prélever des échantillons non préparés et d'en déterminer la granulométrie, la composition chimique et les caractéristiques physico-chimiques. Cette méthode est notamment adaptée aux analyses aériennes et aquatiques.

Tests en conditions réelles dans l'air, la neige et l'eau

Les ingénieurs ont réalisé plusieurs tests pour s'assurer de l'exactitude de leurs résultats. Plus précisément, un granulomètre à balayage et mobilité (SMPS) a été utilisé pour suivre la distribution granulométrique inférieure à 1 µm. De plus, un granulomètre optique (OPS) a permis à l'équipe de mesurer avec précision les particules entre 0.3 et 10 µm. Enfin, l'équipe a utilisé un impacteur à dépôt uniforme à micro-orifices en cascade (MOUDI) pour collecter les aérosols présents sur les substrats d'impaction.

Les tests effectués par l'équipe ont permis aux ingénieurs de suivre la densité des particules nanométriques en suspension dans l'air pendant 24 heures. Ils ont également testé leur outil sur différentes matrices environnementales réelles. Plus précisément, l'équipe a testé l'air, la neige et l'eau.

Résultats supérieurs grâce à la nouvelle méthode de détection

Les résultats des tests ont montré que le système de détection des nanoplastiques offrait un débit d'analyse supérieur des aérosols. L'équipe a réussi à suivre la densité et la quantité de polyéthylène, de polyéthylène glycol et de polydiméthylsiloxane dans un environnement intérieur.

Les résultats du suivi des aérosols ont également été impressionnants. Cette nouvelle approche permet d'obtenir simultanément des données massiques et des informations physicochimiques particulaires, avec une charge de travail réduite et des résultats plus rapides. De plus, les résultats des tests ont aidé les ingénieurs à créer un cadre universel de collecte, de préparation et d'analyse des aérosols.

Avantages du détecteur de nanoplastiques imprimé en 3D

Cette étude présente de nombreux avantages. Elle ouvre notamment la voie à une normalisation mondiale des polluants microplastiques. L'équipe a déjà annoncé son intention de rendre l'ensemble de ses recherches accessibles à d'autres ingénieurs. L'accessibilité est renforcée par l'élimination, pour les laboratoires, de la nécessité de posséder des équipements sophistiqués tels que des impacteurs en cascade. Un simple dispositif de filtration sous vide constitue une alternative efficace pour la collecte des aérosols, ouvrant ainsi la voie à une participation mondiale.

Des tests plus précis, durables et abordables

Un autre avantage majeur de cette approche est qu'elle élimine la nécessité de préparer les échantillons. Les ingénieurs ont indiqué que la préparation des échantillons pour la spectrométrie de masse est l'une des étapes les plus longues et les plus délicates du processus actuel de détection des microplastiques. L'élimination de cette préparation permet aux scientifiques d'obtenir des résultats plus rapidement et avec moins d'efforts.

Cette étude présente un outil recyclable qui améliore la durabilité. Par exemple, l'élimination des préparations d'échantillons réduit le besoin de produits chimiques matriciels et d'agents d'appariement d'ions, diminuant ainsi les coûts et améliorant la durabilité à long terme.

Portabilité et applications sur le terrain

La portabilité du dispositif amélioré de test des microplastiques constitue un atout majeur. Cette approche permettra aux écologistes et aux scientifiques de réaliser des tests sur site pour détecter les microplastiques. Elle les aidera à mieux identifier les principaux responsables de la pollution et à cibler les efforts prioritaires.

La précision de ce test de microplastiques surpasse largement celle de ses prédécesseurs. L'élimination des étapes de préparation et l'introduction d'une approche standardisée ont permis d'obtenir des données plus précises sur les microplastiques que les anciennes méthodes. Les chercheurs peuvent désormais identifier précisément comment et où les microplastiques causent des dommages.

Favoriser la normalisation et la collaboration mondiale

L'équipe est très enthousiaste quant à l'inspiration que leur étude apportera au marché. Cette approche offre une comparaison et une validation supérieures des données entre les laboratoires du monde entier. Elle devrait ainsi favoriser la coopération et favoriser l'innovation tout en comblant les lacunes des procédés.

La méthode améliorée de détection des microplastiques est plus abordable que ses prédécesseurs. Ce coût réduit est dû à la suppression de la préparation des échantillons, une étape longue et coûteuse. La nouvelle approche est plus abordable, les chercheurs se targuant que le dispositif ne coûte que quelques dollars par échantillon.

L'efficacité est un autre avantage qui fait de cette approche une solution plus efficace. L'ancienne méthode de détection des nanoplastiques était précise et nécessitait beaucoup plus d'étapes, de personnel et d'équipement. La nouvelle configuration de détection des nanoparticules réduit les coûts et fournit des résultats plus précis grâce à une approche plus économe en énergie.

Cas d'utilisation futurs : des systèmes de sécurité aux normes industrielles

Un détecteur de microplastiques simple d'utilisation et précis offre de nombreuses applications. Cet appareil permettrait à chacun d'identifier les sources de nano et microplastiques dans l'environnement, permettant ainsi aux particuliers et aux fabricants de réduire efficacement leur pollution. Voici quelques applications clés de cette technologie.

Les ingénieurs ont constaté qu'à terme, leur détecteur pourrait également être configuré pour détecter d'autres produits chimiques nocifs. L'appareil peut détecter les contaminants métalliques dangereux, les composés organiques secondaires et les bioaérosols. L'efficacité du système et sa portabilité renforcent son utilité en tant que dispositif de sécurité.

Calendrier prévu pour le déploiement dans le monde réel

Il faudra peut-être attendre encore cinq ans avant que ces recherches soient exploitées. Les inquiétudes croissantes concernant la pénétration de microplastiques et de polluants dans l'organisme devraient certainement accélérer le lancement de ce produit. Pour l'instant, l'équipe a indiqué qu'elle se concentrerait sur l'amélioration de l'efficacité et de la précision de la machine.

Chercheurs sur les détecteurs de nanoplastiques imprimés en 3D

L'étude sur le système de détection de nanoplastiques imprimés en 3D a été menée par le Département de chimie de l'Université McGill, à Montréal (Québec), au Canada. La professeure de chimie Parisa Ariya est l'auteure principale, aux côtés de Zi Wang, Nadim K. Saadé, Robert J. Panetta et Zi Wang. L'étude a notamment bénéficié du financement du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG), de la Fondation canadienne pour l'innovation (FCI) et du Conseil national de recherches du Canada (CNRC).

L'avenir de la technologie de détection des nanoplastiques

L'avenir des systèmes de détection des nanoplastiques est prometteur. Ces solutions répondent aujourd'hui à un réel besoin. Les ingénieurs espèrent donc que leur outil contribuera à dynamiser les mouvements communautaires visant à réduire la pollution. L'objectif du projet est de stimuler la coopération internationale et d'harmoniser la recherche mondiale sur la pollution plastique.

Investir dans le recyclage du plastique

La pollution plastique est un problème majeur qui a donné naissance à toute une industrie dédiée au nettoyage de ces déchets à l'échelle mondiale. Aujourd'hui, plusieurs entreprises mènent la marche vers un avenir plus sain et durable. Voici une entreprise qui occupe une position solide sur le marché.

Loop Industries Inc.

Industries de la boucle (LOOP ) a été fondée par Daniel Solomita en 2014. L'entreprise se distingue par son modèle économique axé sur le recyclage des déchets PET et polyester. Cette approche est complétée par l'introduction d'une technique révolutionnaire de recyclage du plastique, la dépolymérisation.

La technologie de dépolymérisation permet de créer du PET recyclé de haute pureté, directement à partir de déchets plastiques, destiné à la fabrication d'emballages de biens de consommation. Cette approche a permis à l'entreprise de se tailler une place de marché de niche. Elle propose depuis peu des produits 100 % recyclés, notamment des bouteilles Loop PET.

Loop Industries a connu une croissance considérable depuis son lancement. L'entreprise a notamment été introduite en bourse par fusion inversée. Aujourd'hui, elle bénéficie d'un soutien solide d'investisseurs institutionnels et privés. Par exemple, elle a obtenu un investissement de 56.5 millions de dollars de SK Geo Centric pour poursuivre ses recherches. Tous ces facteurs contribuent à faire de Loop Industries une valeur à surveiller dans le secteur du recyclage du plastique.

Actualités et développements boursiers de Loop Industries

Réflexions finales : comment la détection des nanoplastiques pourrait sauver des vies

Le détecteur 3D de nanoplastiques change la donne. Ce système de détection de la pollution, économique et très précis, contribuera un jour à la propreté de votre espace de travail, de votre maison et de votre quartier. Pour l'instant, félicitons ces scientifiques pour leur travail acharné et leur réussite, qui pourraient contribuer à un monde plus sûr pour tous.

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Études référencées :

<sup>1. Cox, KD, Covernton, GA, Davies, HL, Dower, JF, Juanes, F., & Dudas, SE (2019). Consommation humaine de microplastiques. Sciences et technologies de l'environnement, 53(12), 7068-7074. https://doi.org/10.1021/acs.est.9b01517
2. Wang, Z., Saadé, NK, Panetta, RJ, et Ariya, PA (2025). Une plateforme de spectrométrie de masse HoLDI pour la détection de nanoplastiques en suspension dans l'air. Chimie des communications, 8, article 90. https://doi.org/10.1038/s42004-025-01483-5</sup>