Nanoparticules marquées isotopiquement : vers une meilleure compréhension des mécanismes de contamination des milieux aquatiques | INSTITUT DE PHYSIQUE DU GLOBE DE PARIS

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  Nanoparticules marquées isotopiquement : vers une meilleure compréhension des mécanismes de contamination des milieux aquatiques

Les nanoparticules manufacturées (MNPs) entrent dans la composition de nombreux produits de consommation courante, du fait de leurs propriétés chimiques, optiques, magnétiques ou mécaniques exceptionnelles (comme agent de blanchiment dans les peintures ou dans les produits alimentaires, comme antibactériens, comme absorbeurs d’UV dans les crèmes solaires, pour améliorer la couleur et la luminosité de dispositifs d'affichage lumineux ou dans les panneaux solaires, etc.). Et l’utilisation et l’élimination de ces produits conduit à la libération de ces nanomatériaux dans les eaux usées ou dans l’environnement.

Quantum dots (CdSe/ZnS) luminescent.

Or, les nanoparticules manufacturées ont potentiellement un impact important sur cet environnement. Mieux comprendre la façon donc elles se dispersent dans les milieux aquatiques est donc primordial.

Les méthodes d’analyse traditionnelles ne permettent pas de détecter et d’analyser les MNPs aux très faibles concentrations, proches de celles rencontrées dans les milieux naturels. Hors, la concentration des MNP dans le milieu est un paramètre influençant fortement leur devenir (dissolution ou agrégation par exemple) dans l’environnement.

Dans une étude publiée le 31 janvier 2019, dans la revue « Environmental Science and Technology », une équipe de scientifiques de l’IPGP, de l’université Paris Diderot et de l’IMPMC, propose une nouvelle méthode, alliant l’utilisation d’isotopes stables non traditionnels (111Cd, 77Se, 68Zn) comme traceurs incorporés dans des nanoparticules (dites « spikées) de type Quantum Dots et analyse par spectromètre de masse à source plasma à haute résolution. Ces analyses ont  permis de détecter des éléments constitutifs des nanoparticules à des niveaux de concentrations comparables à celles mesurés en milieux naturels.
Ce modèle expérimental ouvre donc une voie nouvelle pour une meilleure modélisation du devenir des nanoparticules disséminées dans les milieux aquatiques naturels.

 

Les transformations (par exemple., la dissolution, l'agrégation, la sédimentation) des nanoparticules manufacturées (MNPs) dans les eaux de surface sont affectées par de nombreux facteurs tels que le pH, la force ionique, les phases organiques/inorganiques, les bactéries, les algues, les exopolysaccharides, ainsi que d’autres métaux et contaminants. Cependant, la concentration des MNPs elle-même est un autre facteur de contrôle, peu discuté dans la littérature en raison de la difficulté de la détection de ces nano-objets dans des milieux complexes, présentant un bruit de fond élevé (correspondant à la présence des éléments constitutifs des MNPs dans l'environnement à des concentrations variables), ce qui reste un véritable défi analytique. L'utilisation expérimentales de nanoparticules marquées isotopiquement est une solution qui peut permettre de relever ce défi.

 

Dans cette étude, les limites d'une telle technique ont été évaluées. Des nanoparticules marquées avec des isotopes stables non traditionnels (ou "spikées") ont été utilisées en complément de la spectroscopie de masse ICP à haute résolution (HR-ICP-MS) : pour la première fois, des boites quantiques (quantum dots, QDs) multi-spikées de 111Cd77Se/68ZnS enrobées d'acide thioglycolique (TGA) ont été synthétisées à une taille de 7 nm et leur dissémination dans des matrices aquatiques naturelles (eaux de rivières, d'estuaires et de mers) a été modélisée à de très faibles concentrations (de 0,1 à 5 000 ppm). Les limites de quantification des Qds (QD-LOQ) dans chaque matrice ont été calculées en fonction du traceur isotopique. En milieu ultra-pur et simple (HNO3 2%), le Zn, le Cd et le Se issus des Qds étaient quantifiables à des concentrations de 10, 0,3 et 6 ppt, respectivement, ce qui est inférieur aux limites de quantification classiques d'une HR-ICP-MS. Dans les matrices aquatiques, les QD-LOQ augmentent respectivement de 10, 130 et 250 fois pour le Zn, le Cd et le Se, mais restent pertinentes pour les concentrations environnementales (3,4 ppt ≤ QD-LOQ ≤ 2,5 ppb).

 

Ces résultats valident l'utilisation à des concentrations pertinentes de MNPs marquées isotopiquement et fournit un cadre pour des études expérimentales futures liées à leur devenir, leur comportement ou leur toxicité dans la plupart des matrices aquatiques.

 

> En savoir plus : Isotopically Labeled Nanoparticles at Relevant Concentrations: How Low Can We Go? The Case of CdSe/ZnS QDs in Surface Waters, Nurul I. Supiandi, G. Charron, M. Tharaud, L. Cordier, J.-M. Guigner, M. F. Benedetti, and Y. Sivry, Environmental Science & Technology 2019 53 (5), 2586-2594, DOI: 10.1021/acs.est.8b04096

Contact : 

Yann Sivry, équipe de biogéochimie environnementale

Date de publication : 
15 Avril 2019