Un simple capteur à couleur changeante identifie rapidement les gaz toxiques

Les gaz toxiques n’ont pas tous une odeur ou une couleur. Mais une minuscule grille de carrés aux couleurs pastel et bonbon qui « renifle » efficacement les produits chimiques dangereux présents dans l’air, tels que la chlorosarine – un agent neurotoxique hautement toxique – pourrait aider à les détecter. Les chercheurs rapportent dans ACS Sensors que les motifs colorés de leur réseau de capteurs à base de papier, peu coûteux et durable, changent en présence de gaz toxiques, ce qui permet d’effectuer des mesures rapides et précises en quelques minutes.

Les nez électroniques, ou e-nez, sont des dispositifs qui détectent les vapeurs chimiques nocives. Mais leurs composants électroniques peuvent être coûteux et ne sont pas pratiques dans les environnements humides. Les nez optoélectroniques peuvent pallier ces limites en remplaçant les composants électroniques par des molécules de colorant qui changent de couleur lorsqu’elles réagissent avec certains produits chimiques.

Vijay Tak et ses collègues ont créé et testé un nouveau modèle de nez optoélectronique : un ensemble de capteurs qui détectent et mesurent les gaz mortels. Chaque capteur de la matrice est un minuscule carré de papier contenant des particules microscopiques de silice recouvertes de colorants qui changent de couleur et d’intensité après avoir interagi avec des molécules ou des ions spécifiques.

Pour valider leur concept, Tak et son équipe de recherche ont créé les capteurs en trempant des microparticules de silice dans 36 solutions de colorants changeant de couleur. Après les avoir séchées à l’air libre, ils ont créé un réseau de 12 x 3 capteurs changeant de couleur en plaçant les particules séchées dans une plaque à micropuits, en posant un morceau de papier adhésif dessus, puis en retournant la plaque afin que les particules de silice contenant le colorant soient embossées sur le papier. Afin d’assurer le soutien structurel du réseau, une fine feuille de métal est collée sur la face inférieure adhésive du papier.

Pour tester la précision du réseau, les chercheurs l’ont exposé à 12 gaz toxiques à deux concentrations chacun. L’équipe a comparé les photos de la couleur et de l’intensité des carrés avant et après cinq minutes d’exposition au gaz. Cela a produit un motif qu’ils ont pu utiliser pour identifier le type et la concentration du gaz présent. Lors d’expériences répétées, les capteurs à changement de couleur ont atteint une précision de 99 % pour l’identification du type de menace chimique et de 96 % pour la mesure de la concentration dans les échantillons de gaz. De plus, une autre démonstration a confirmé que la précision du réseau n’était pas affectée par l’humidité.

Avec un coût de fabrication estimé à 20 cents US par réseau, les chercheurs affirment que leurs conceptions pourraient offrir une approche rentable et personnalisable pour la surveillance environnementale dans des conditions réelles. Ils prévoient ensuite de développer un prototype de nez optoélectronique portable pour détecter les produits chimiques dangereux à l’extérieur.

Article : « Simple and Cost-Effective Fabrication of Embossed Colorimetric Sensor Array for an Optoelectronic Nose via Integration of a Self-Adhesive Paper and Mesoporous Colorimetric Silica Microparticles » – DOI : 10.1021/acssensors.5c01026

Source : ACS