Capteur EG-OFET à échange d’ions par affinité pour une haute sélectivité de la détection du césium dans l’eau de mer

La détection et la quantification du césium dans les milieux aquatiques sont des problématiques de sécurité environnementale et de santé publique, jusqu’à présent limitées par le manque d’outils analytiques rapides, peu coûteux, à faible limite de détection et sélectifs.

Dans ce travail nous introduisons un nouveau capteur organique à transistor à effet de champ à grille électrolytique pour la détection du Cs⁺ dans l’eau de mer, basé sur la combinaison de deux couches ultra-minces, à savoir le poly(3-hexylthiophène) comme semi-conducteur organique et une monocouche de lipides comme diélectrique. Cette dernière est coiffée d’une sonde Cs⁺ constituée d’un calix[4]arène ether-couronne, molécule déjà rapportée dans la littérature présentant une bonne affinité pour le Cs⁺.

Nous démontrons ici, qu’en contrôlant l’échange des ions des complexes cible/sonde par affinité, il est possible de résoudre le problème général de sélectivité rencontré dans tous les capteurs d’ions basés sur des transistors à effet de champ, en atteignant une sélectivité presque parfaite même dans des solutions d’analyses très complexes comme l’eau de mer.

Nous montrons également que la combinaison d’une structure ultra-mince du transistor associée à une organisation moléculaire dense des sondes permet d’atteindre une limite de détection inférieure à la femtomole, i.e. à une limite cinq fois plus basse que la spectroscopie de masse ICP-MS, la technique la plus couramment utilisée aujourd’hui.

Ces résultats ouvrent la voie à un suivi généralisé du Cs⁺ dans les analytes complexes.

Cette recherche réalisée dans le cadre du projet SENCEI, projet collaboratif entre les départements PIV et IMMF du CINaM, LPMC à Palaiseau et le NIMS à Tsukuba (Japon), a été financée par le Programme international de recherche collaborative (SICORP) soutenu par l’Agence japonaise de la science et de la technologie (JST) et l′Agence Nationale de la Recherche (ANR) sous le projet N◦ANR-16-JTIC-0003-01.

Réf.: Sensors & Actuators: B. Chemical 351 (2022) 130956

Affinity driven ion exchange EG-OFET sensor for high selectivity and low limit of detection of cesium in seawater

Auteurs: Tin Phan Nguy, Volkan Kilinc, Ryoma Hayakawa, Catherine Henry-de-Villeneuve, Jean-Manuel Raimundo, Yutaka Wakayama, Anne Charrier

Pour plus d’informations :

https://doi.org/10.1016/j.snb.2021.130956