Un mélange de méthodes rend les nanomatériaux plus sûrs
L'utilisation sûre des nanomatériaux et leur performance optimale dépendent en grande partie de leurs surfaces. Or, jusqu'à présent, il était difficile de les caractériser de manière fiable. Deux nouvelles études de l'Institut fédéral allemand de recherche et d'essais sur les matériaux (BAM) le montrent : seule la combinaison ciblée de méthodes d'analyse modernes fournit des résultats fiables. Les chercheurs créent ainsi une base importante pour l'utilisation sûre et durable des nanomatériaux.
Leurs surfaces déterminent de manière décisive le fonctionnement des nanomatériaux, la manière dont ils interagissent avec leur environnement et leur degré de sécurité. Ces structures sont souvent complexes, sensibles aux conditions environnementales et souvent difficiles à mesurer dans des conditions pratiques. Les méthodes de mesure individuelles fournissent souvent des résultats incomplets ou spécifiques à la méthode - par exemple, lorsqu'elles ne peuvent pas distinguer clairement les revêtements de surface des autres substances.
Pour relever ce défi, BAM a analysé dans deux études différents types de nanoparticules utilisées dans les sciences de la vie et dans les produits de consommation. Des méthodes de mesure traditionnelles et nouvellement développées ainsi que des combinaisons de méthodes ont été systématiquement comparées.
Analyse plus précise des nanoparticules d'oxyde de fer revêtues de citrate
La première étude s'est concentrée sur les nanoparticules magnétiques d'oxyde de fer avec du citrate comme ligand de surface. Cette molécule se lie à la surface des particules et influence leur stabilité ainsi que leurs interactions. Le citrate permet aux particules de rester stables dans l'eau, une condition importante pour les applications dans les sciences de la vie, la médecine, la technique environnementale, la technologie des capteurs ou la recherche sur les matériaux.
Les chercheurs ont constaté que les méthodes traditionnelles telles que la thermogravimétrie fournissent souvent des valeurs imprécises, car elles ne peuvent pas distinguer de manière fiable le citrate des autres substances. Ce n'est qu'en combinant des méthodes d'analyse modernes, notamment la chromatographie liquide haute performance et la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire quantitative (RMNq), qu'il a été possible de déterminer le revêtement de surface de manière nettement plus précise. Pour appliquer la qNMR aux nanomatériaux magnétiques, il a fallu développer au préalable une préparation spéciale des échantillons qui élimine de manière fiable les composés ferreux gênants.
Les résultats ont été publiés dans la revue spécialisée Analytical Chemistry et proviennent des projets européens de métrologie MetrINo et SMURFnano. Ils constituent une base importante pour les futurs standards de mesure et les applications de la RMNq hautement sélective sur des échantillons difficiles comme les nanomatériaux magnétiques.
Nouvelles approches pour la détermination de groupes fonctionnels sur des nanoparticules de silice
Dans une deuxième étude menée dans le cadre de SMURFnano, l'équipe a examiné les méthodes de caractérisation et de quantification des groupes fonctionnels, des ligands et des revêtements sur les nanomatériaux. Le projet est financé par le programme européen de métrologie. L'accent a été mis sur les nanoparticules de silice dont les surfaces sont dotées de ce que l'on appelle des groupes aminés. Ces groupes agissent comme de petits "points d'ancrage". Ils permettent d'associer ou de modifier les particules de manière ciblée avec d'autres substances - par exemple avec des colorants, des structures de reconnaissance spécifiques ou des biomolécules. De tels groupes fonctionnels sont décisifs pour la stabilité, la compatibilité et la fonction des particules. Jusqu'à présent, il manquait toutefois des méthodes fiables pour déterminer leur nombre exact et leur nature chimique.
Les chercheurs ont montré que seul un mélange ciblé de méthodes - comme les procédés optiques, les techniques électrochimiques, la RMNq et la spectroscopie photoélectronique aux rayons X - permet d'obtenir une image complète et fiable de la surface des particules. Cette connaissance est essentielle pour le contrôle de la qualité, le développement de nouveaux matériaux et l'évaluation de leur sécurité. Les techniques électrochimiques utilisées ont été présentées dans la revue ACS Measurement Science Au.
Une base pour de futures normes
"Nos études montrent l'importance de combiner différentes méthodes de mesure pour évaluer la fonctionnalité et la sécurité réelles des nanomatériaux", explique Ute Resch-Genger, responsable des projets à la BAM et coordinatrice de SMURFnano. "Conjointement avec les méthodes de mesure et les données de référence développées et validées, il s'agit d'une étape décisive pour le développement de nanomatériaux durables et performants et pour leur utilisation en toute sécurité".
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Allemand peut être trouvé ici.
Publication originale
Isabella Tavernaro, Philipp C. Sander, Elina Andresen, Uwe Schedler, Ute Resch-Genger; "Expanding the Toolbox of Simple, Cost-Efficient, and Automatable Methods for Quantifying Surface Functional Groups on Nanoparticles─Potentiometric Titration"; ACS Measurement Science Au, 2025-8-20
Anna Matiushkina, Sarah-Luise Abram, Isabella Tavernaro, Robert Richstein, Michael R. Reithofer, Elina Andresen, Matthias Michaelis, Matthias Koch, Ute Resch-Genger; "Quantifying Citrate Surface Ligands on Iron Oxide Nanoparticles with TGA, CHN Analysis, NMR, and RP-HPLC with UV Detection"; Analytical Chemistry, Volume 97, 2025-8-29
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