Un nanocapteur à base de plantes, le premier du genre, peut surveiller les concentrations d’arsenic dans le sol

Comme de nombreux métaux lourds, l’arsenic peut contaminer le sol et les eaux souterraines en tant que sous-produit des opérations minières, ce qui pose toutes sortes de menaces pour la santé humaine et l’environnement. Un nouveau type de biocapteur pourrait nous aider à neutraliser les risques de cet élément chimique hautement toxique, en travaillant avec les plantes pour surveiller les niveaux de cet élément dans l’environnement souterrain en temps réel.

En 2018, un projet de recherche intéressant étudiait comment la mousse aquatique pouvait être utilisée pour nettoyer l’arsenic des cours d’eau contaminés. Cette nouvelle technologie, développée par une équipe de scientifiques de l’Alliance pour la recherche et la technologie MIT- Singapour, cherche également à exploiter la capacité naturelle de certaines espèces végétales à absorber l’arsenic, mais les associe à des capteurs optiques à l’échelle nanométrique pour offrir des lectures en temps réel des concentrations de l’élément sous la surface.

Les travaux se concentrent sur les changements de la dynamique interne des tissus d’une plante au fur et à mesure que l’arsenic est absorbé par le sol, qui voit la plante extraire des analytes et les transporter via son système racinaire. Intégrés dans ce tissu végétal, les nanocapteurs optiques montrent des changements dans l’intensité de leur fluorescence en fonction de l’absorption d’arsenic par la plante. Associé à des appareils électroniques portables, tels qu’une plateforme et une caméra Raspberry Pi, le système peut offrir un aperçu en temps réel des concentrations de métaux lourds dans le sol.

« Notre nanocapteur à base de plantes est remarquable non seulement parce qu’il est le premier du genre, mais aussi parce qu’il présente des avantages significatifs par rapport aux méthodes conventionnelles de mesure des niveaux d’arsenic dans l’environnement souterrain, nécessitant moins de temps, d’équipement et de main-d’œuvre », explique l’auteur de l’étude, Salim Lew. « Nous envisageons que cette innovation sera finalement largement utilisée dans l’industrie agricole et au-delà ».

Pour démontrer comment cette technologie pourrait être utilisée pour prévenir la contamination des cultures comestibles, l’équipe a pu utiliser cette technique pour détecter l’arsenic dans le riz et les épinards. Ils ont ensuite porté leur attention sur une espèce de fougère baptisée Pteris cretica, qui a la capacité d’absorber et de tolérer de grandes quantités d’arsenic.

Cela a permis à l’équipe de mettre au point un détecteur d’arsenic ultra-sensible capable de détecter de très faibles concentrations de ce métal, aussi faibles que 0,2 parties par milliard. Cette concentration est bien inférieure au niveau maximum de contamination de 10 parties par milliard pour les réserves d’eau municipales, tel que déterminé par la FDA américaine.

« C’est un développement extrêmement intéressant, car pour la première fois, nous avons mis au point un capteur nanobionique capable de détecter l’arsenic, un contaminant environnemental grave et une menace potentielle pour la santé publique », déclare Michael Strano, co-chercheur principal et professeur au MIT. « Avec ses innombrables avantages par rapport aux anciennes méthodes de détection de l’arsenic, ce nouveau capteur pourrait changer la donne, car il est non seulement plus rapide, mais aussi plus précis et plus facile à déployer que les anciennes méthodes ».

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202005683

https://news.mit.edu/2020/plant-nanobionic-sensor-monitor-arsenic-levels-soil-1213