La contamination de l’eau par l’uranium pose un défi sérieux, car les ions uranyle, la forme la plus stable de l’uranium dans de nombreux environnements aquatiques, allient toxicité chimique, radioactivité et forte mobilité. Des chercheurs ont désormais mis au point une plateforme de détection fluorescente capable de détecter ces ions à de très faibles concentrations tout en produisant un changement de couleur analysable avec un simple smartphone. L’étude a été publiée dans Sustainable Carbon Materials.
Le nouveau capteur, appelé EuZn-PMA, associe l’europium et le zinc au sein d’un polymère de coordination métal-organique. Les deux métaux jouent des rôles différents mais complémentaires : l’europium agit comme centre de signalisation de la fluorescence, tandis que le zinc aide à réguler la structure du matériau et renforce sa luminescence. L’acide pyromellitique, ou PMA, sert de ligand organique et fournit des sites capables de reconnaître les ions uranyle.
« Notre objectif était de créer un système de détection non seulement hautement sensible, mais produisant également un signal optique intuitif, interprétable sans recourir à des instruments de laboratoire sophistiqués », explique l’auteur correspondant Suhua Wang, de l’Université de technologie pétrochimique du Guangdong. « La transition de fluorescence du rouge au vert offre un moyen simple de visualiser les variations de la concentration en uranyle et ouvre des perspectives pour une surveillance environnementale portable. »
Lorsque la sonde est illuminée, le PMA transfère normalement l’énergie absorbée vers les ions europium, produisant une fluorescence rouge caractéristique à 616 nanomètres. Lorsque des ions uranyle sont introduits, en revanche, ils se lient préférentiellement aux groupes carboxylate du PMA. Cette interaction perturbe le transfert d’énergie vers l’europium et affaiblit l’émission rouge. Parallèlement, le transfert de charge du ligand vers le métal associé au complexe d’uranyle génère un nouveau signal de fluorescence verte à 513 nanomètres. Cette combinaison produit un basculement nettement visible du rouge vers le vert à mesure que la concentration en uranyle augmente.
Comme la méthode mesure la relation entre deux signaux de fluorescence plutôt que de s’appuyer sur une seule valeur d’intensité, elle offre une détection ratiométrique avec auto-étalonnage intégré, contribuant à réduire les erreurs causées par les variations de concentration de la sonde, d’intensité d’excitation ou de conditions environnementales.
Lors des mesures en laboratoire, EuZn-PMA a atteint une limite de détection de 51 nanomolaires et une plage de détection linéaire allant de 0 à 60 micromolaires. Les chercheurs ont également testé des ions courants susceptibles d’interférer avec la détection de l’uranium et ont constaté que la sonde conservait une bonne sélectivité et de bonnes performances anti-interférences.
Fait important, l’équipe a évalué le capteur à l’aide d’eau de lac et d’eau de mer dopées avec des concentrations connues d’ions uranyle. Les taux de récupération se sont situés entre 94,5 % et 102,5 %, avec des écarts-types relatifs compris entre 1,9 % et 3,9 %, ce qui indique une précision prometteuse sur ces échantillons environnementaux testés. L’étude souligne toutefois que des mélanges plus complexes de substances interférentes n’ont pas été entièrement simulés et devront être étudiés dans de futures applications pratiques.
Pour rendre le système plus adapté à une utilisation sur le terrain, les chercheurs ont photographié les échantillons fluorescents sous excitation UV et analysé leurs valeurs de rouge, de vert et de bleu à l’aide d’une plateforme basée sur smartphone. Le rapport d’intensité vert/rouge a montré une forte corrélation avec la concentration en uranyle, permettant au changement de couleur de servir de lecture quantitative portable.
Selon les chercheurs, la stratégie bimétallique pourrait fournir un cadre plus large pour concevoir des capteurs fluorescents à base de lanthanides destinés à la détection de contaminants environnementaux.
Yuan Z, He C, Liu Z, Qiu H, Zheng Q, et al. 2026. Article : Dual-metal synergistic coordination enables ultrasensitive and ratiometric multicolor fluorescent detection of uranyl ions – Journal : Sustainable Carbon Materials – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude
Source : Shenyang Agricultural University
