La mesure du pH des substances nous offre des indices essentiels sur le monde qui nous entoure, comme l’identification de l’eau contaminée ou la vérification de la toxicité des produits médicaux ou cosmétiques. Souvent, seules de petites quantités d’échantillons sont disponibles, mais surveiller la variation du pH dans ces minuscules volumes est important.
Par exemple, identifier les changements de pH dans de minuscules volumes de fluide provenant de cellules uniques peut aider à la détection du cancer de l’ovaire. Les méthodes actuelles de mesure du pH sont principalement destinées aux solutions en vrac et ne sont pas assez sensibles ou sont trop fragiles pour mesurer de petits volumes à une échelle commerciale.
La recherche
Le Dr Qiuchen Dong, qui a dirigé l’étude, précise : « Notre solution devait être respectueuse de l’environnement, durable et suffisamment sensible pour mesurer avec précision la variation du pH dans quelques microlitres d’échantillons. Certaines méthodes commercialement disponibles utilisées pour tester le pH reposent sur les décisions subjectives de l’œil humain. Par exemple, l’utilisation de bandelettes de papier contenant des colorants qui changent de couleur en fonction du pH de la substance repose sur le fait que les gens comparent la couleur à une échelle. Cela entraîne une variation significative de leurs réponses. Certaines personnes peuvent voir la couleur comme un pH de 7,5, d’autres à 8, par exemple. Cette méthode, par conséquent, n’est pas sensible aux petits changements de pH, ce qui signifie qu’elle ressemble plus à une estimation approximative. Certains des colorants utilisés sont également toxiques pour les échantillons, ce qui affectera le pH enregistré.«
Une méthode plus sensible de mesure du pH utilise des électrodes en verre extrêmement fragiles, qui se brisent facilement, elles sont donc généralement utilisées uniquement dans un cadre de laboratoire.
Pour résoudre ces problèmes, le Dr Dong et son étudiant de troisième cycle Weiyu Xiao ont utilisé des matériaux et des méthodes novateurs pour créer un capteur de pH sensible mais robuste.
Une nouvelle solution
Dans le nouveau capteur de pH, les échantillons de fluide passent par une série de minuscules canaux (canaux microfluidiques) et sur trois électrodes hautement sensibles fabriquées à partir de matériaux en couches sensibles à la lumière et de métaux.
« Notre solution au problème repose sur le développement de canaux microfluidiques et d’électrodes en utilisant la photolithographie, une méthode souvent utilisée dans l’industrie de la fabrication de semi-conducteurs. » a déclaré le Dr Dong. Ces capteurs de pH microfluidiques peuvent détecter des variations mineures dans le nombre de protons au sein d’une substance, ce qui définit le pH. Cela permet de mesurer le pH avec une excellente précision.
Utilisations futures
L’équipe a actuellement un brevet en attente pour le capteur de pH et développe des collaborations avec des développeurs industriels qui intégreront la technologie dans leur équipement de laboratoire.
« Le succès de cette étude est dû au travail acharné de mon actuel étudiant en doctorat, Weiyu Xiao, qui était étudiant en master pendant ce travail. Il est très impressionnant de voir un étudiant atteindre un tel niveau en si peu de temps. Elle est un excellent modèle, et j’espère que d’autres étudiants seront inspirés par ce qu’elle a accompli. »
« Le travail est également grâce à mes anciens collègues, le Dr Abdennour Abbas de l’Université du Minnesota et le Dr Yu Lei de l’Université du Connecticut, qui m’ont aidé à formuler les idées pour ce projet et beaucoup d’autres. »
L’équipe croit que leur nouveau capteur aura de vastes applications commerciales, de l’aide à la détection des cancers et des virus transmis par les vecteurs à l’identification de la contamination des sols pulvérisés avec des pesticides.
À propos du chercheur
L’expertise du Dr Qiuchen Dong réside dans les sujets des biosenseurs basés sur l’électrochimie, des capteurs chimiques et des capteurs de gaz dans les aspects de la conception, de la fabrication et de l’évaluation pour les applications biomédicales et agricoles de l’année 2013 à 2021. Le professeur Yu Lei a supervisé le Dr Dong pendant ses études supérieures en génie biomédical à l’Université du Connecticut de 2013 à 2019.
Par la suite, le Dr Dong a déménagé à Minneapolis pour travailler en tant qu’associé de recherche postdoctorale dans le laboratoire du professeur Abdennour Abbas en volatolomie dans le département des bioproduits et de l’ingénierie des biosystèmes à l’Université du Minnesota, se concentrant sur l’utilisation de la spectrométrie de masse à transfert de protons (PTR-MS).
Le Dr Dong a rejoint XJTLU en mai 2021 et développe maintenant son laboratoire pour explorer davantage différents types de capteurs, dont les capteurs chimiques basés sur la microfluidique, les biosenseurs électrochimiques basés sur les nanomatériaux et les capteurs de gaz basés sur les matériaux en couches minces/nanoparticules/cadre organométallique dans les applications des paramètres biomédicaux et agricoles.
En synthèse
La mesure du pH est un outil essentiel pour comprendre notre environnement, que ce soit pour identifier l’eau contaminée, vérifier la toxicité des produits médicaux ou cosmétiques, ou même aider à la détection du cancer de l’ovaire. Les méthodes actuelles ne sont pas suffisamment sensibles ou sont trop fragiles pour être utilisées à grande échelle.
Grâce à la recherche du Dr Qiuchen Dong et de son étudiant Weiyu Xiao, une nouvelle solution a été développée : un capteur de pH robuste et sensible, capable de mesurer avec précision la variation du pH dans de minuscules volumes d’échantillons. Cette avancée pourrait avoir de vastes applications commerciales, de l’aide à la détection des cancers à l’identification de la contamination des sols par les pesticides.
Principaux enseignements
| Enseignements | Détails |
|---|---|
| Importance de la mesure du pH | La mesure du pH nous donne des indices vitaux sur le monde qui nous entoure, comme l’identification de l’eau contaminée ou la vérification de la toxicité des produits médicaux ou cosmétiques. |
| Problèmes des méthodes actuelles | Les méthodes actuelles de mesure du pH sont principalement destinées aux solutions en vrac et ne sont pas assez sensibles ou sont trop fragiles pour mesurer de petits volumes à une échelle commerciale. |
| Nouvelle solution | Le Dr Qiuchen Dong et son étudiant Weiyu Xiao ont créé un capteur de pH sensible mais robuste qui utilise des canaux microfluidiques et des électrodes fabriquées à partir de matériaux en couches sensibles à la lumière et de métaux. |
| Utilisations futures | Le capteur de pH a de vastes applications commerciales, de l’aide à la détection des cancers et des virus transmis par les vecteurs à l’identification de la contamination des sols pulvérisés avec des pesticides. |
| À propos du chercheur | Le Dr Qiuchen Dong est un chercheur dont l’expertise réside dans les sujets des biosenseurs basés sur l’électrochimie, des capteurs chimiques et des capteurs de gaz dans les aspects de la conception, de la fabrication et de l’évaluation pour les applications biomédicales et agricoles. |
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que le pH et pourquoi est-il important de le mesurer ?
Le pH est une mesure de l’acidité ou de l’alcalinité d’une substance. Il est important de le mesurer car il nous donne des indices vitaux sur le monde qui nous entoure, comme l’identification de l’eau contaminée ou la vérification de la toxicité des produits médicaux ou cosmétiques.
Quels sont les problèmes avec les méthodes actuelles de mesure du pH ?
Les méthodes actuelles de mesure du pH sont principalement destinées aux solutions en vrac et ne sont pas assez sensibles ou sont trop fragiles pour mesurer de petits volumes à une échelle commerciale.
Quelle est la nouvelle solution proposée ?
Ils ont créé un capteur de pH sensible mais robuste qui utilise des canaux microfluidiques et des électrodes fabriquées à partir de matériaux en couches sensibles à la lumière et de métaux.
Quelles sont les utilisations futures de ce nouveau capteur de pH ?
Le capteur de pH a de vastes applications commerciales, de l’aide à la détection des cancers et des virus transmis par les vecteurs à l’identification de la contamination des sols pulvérisés avec des pesticides.
Qui est le Dr Qiuchen Dong ?
Le Dr Qiuchen Dong est un chercheur dont l’expertise réside dans les sujets des biosenseurs basés sur l’électrochimie, des capteurs chimiques et des capteurs de gaz dans les aspects de la conception, de la fabrication et de l’évaluation pour les applications biomédicales et agricoles.
Dr Qiuchen Dong, Weiyu Xiao, Dr Abdennour Abbas, Dr Yu Lei, Université du Minnesota, Université du Connecticut, XJTLU
Légende illustration principale : Un module comprenant huit micro-dispositifs, avec canaux microfluidiques et moteurs d’entraînement, reposant sur une paille de soda. Un dispositif microfluidique se compose généralement de milliers de canaux conduisant de minuscules quantités de fluides à des fins d’analyse. (Image : Département américain de l’énergie)
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