Des chercheurs de l'Illinois mettent au point des nanozymes organiques de nouvelle génération et un système de point d'utilisation pour l'alimentation et l'agriculture
Les nanozymes sont des matériaux synthétiques qui ont des propriétés catalytiques semblables à celles des enzymes et qui sont largement utilisés à des fins biomédicales, notamment pour le diagnostic des maladies. Toutefois, les nanozymes inorganiques sont généralement toxiques, coûteuses et difficiles à produire, ce qui les rend inadaptées aux industries agricoles et alimentaires. Une équipe de chercheurs de l'université de l'Illinois Urbana-Champaign a mis au point des nanozymes à base de matériaux organiques qui sont non toxiques, respectueuses de l'environnement et rentables. Dans deux nouvelles études, ils présentent les nanozymes organiques de la prochaine génération et explorent une plateforme de détection de molécules dans les produits agricoles.
"La première génération de nanozymes à base de composés organiques (OC) présentait quelques inconvénients mineurs, c'est pourquoi notre groupe de recherche s'est efforcé de l'améliorer. Les nanozymes OC précédentes nécessitaient l'utilisation de polymères stabilisateurs de particules dotés de groupes fonctionnels reproductibles, ce qui assurait la stabilité de la structure nanométrique du nanozyme, mais ne permettait pas d'obtenir des particules de taille suffisamment petite", explique l'auteur principal, Dong Hoon Lee, qui a obtenu son doctorat au département d'ingénierie agricole et biologique (ABE), qui fait partie du College of Agricultural, Consumer and Environmental Sciences et du Grainger College of Engineering de l'Université de l'Iowa.
Dans la nouvelle itération, ils ont utilisé un acide aminé central (L-alanine) et du polyéthylène glycol comme matériaux constitutifs, ainsi qu'une nouvelle technique de synthèse de particules qui leur a permis de réduire la taille des particules à moins de 100 nanomètres. Ce nanozyme ressemble au cadre physique et imite l'activité catalytique des enzymes cibles.
Dans la première étude, les chercheurs ont montré que ces nanozymes organiques (OA) combinées à une plateforme de détection colorimétrique peuvent détecter avec succès la présence d'histamine dans les produits alimentaires.
"Nous avons utilisé cette méthode analytique sur des épinards et des aubergines, qui sont parmi les légumes les plus concentrés en histamine, et nous avons obtenu un profil de performance analytique abordable. Nous avons pu montrer que notre système ne fonctionne pas seulement en laboratoire, mais qu'il a le potentiel d'être utilisé pour des applications réelles en tant que système de détection de molécules rentable pour l'alimentation et l'agriculture", a déclaré M. Lee.
Dans une autre étude, ils ont affiné le nouveau processus de production de nanozymes organiques (OM) et mis au point une plate-forme colorimétrique intégrée au point d'utilisation qui permet la détection rapide de molécules agricoles et biologiques sans environnement de laboratoire.
"Les méthodes de détection conventionnelles sont basées sur l'analyse en laboratoire, mais il serait utile de disposer d'un système de détection de molécules portable pour l'environnement agricole et alimentaire, similaire aux systèmes de point-of-care tels que les tests COVID à domicile", a déclaré M. Lee.
Les chercheurs ont d'abord appliqué le système à la détection de la présence de glyphosate, un herbicide agricole courant. Ils ont ensuite utilisé la méthode de réaction en cascade pour détecter le glucose, une molécule biologique courante. Dans les deux cas, leur système a fait preuve d'une bonne sensibilité analytique et ils ont pu obtenir des résultats précis en quelques minutes.
"Pour réaliser cette tâche de détection de molécules à la maison, vous avez besoin d'une application de traitement d'images pour smartphone intégrée à une plateforme de détection colorimétrique basée sur l'OM-nanozyme. Les utilisateurs peuvent ajouter des échantillons d'aliments à une solution liquide, puis tester la procédure de détection à l'aide d'une petite bande microfluidique en papier. Si la bande change de couleur et devient verte, vous saurez qu'il y a une activité catalytique, et selon l'intensité de la couleur, l'échantillon peut contenir la molécule cible (dans ce cas, le glyphosate ou le glucose). Les utilisateurs peuvent alors prendre une photo avec leur téléphone, et l'application utilise un algorithme pour convertir l'image en couleur en une concentration estimée de molécules cibles", a déclaré Mohammed Kamruzzaman, professeur adjoint à l'ABE et co-auteur de l'étude.
"Notre recherche montre que les nanozymes à base de matériaux organiques présentent une forte performance catalytique de type enzymatique, tout en offrant une alternative biodégradable et durable aux nanozymes inorganiques conventionnelles, ce qui les rend aptes à être utilisées dans l'agriculture, la sécurité alimentaire et d'autres domaines biologiques", conclut M. Lee.
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 Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Dong Hoon Lee, Mohammed Kamruzzaman; "Amino acid-based, sustainable organic nanozyme and integrated sensing platform for histamine detection"; Food Chemistry, Volume 471
Dong Hoon Lee, Mohammed Kamruzzaman; "Consolidated sustainable organic nanozyme integrated with Point-Of-Use sensing platform for dual agricultural and biological molecule detection"; Chemical Engineering Journal, Volume 506
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