Brevet FR2978552A1 — publié le 20130201

UTILISATION DE NANOPARTICULES D'OR FONCTIONNALISEES POUR LE DOSAGE DE L'URANIUM La présente invention concerne la détection et le dosage de l'uranium dans des solutions aqueuses ou organiques, ainsi qu'un kit dédié. Il existe différentes méthodes pour doser l'uranium dans des solutions aqueuses ou organiques. Ces procédés sont notamment utilisés pour pouvoir détecter et quantifier la présence d'uranium dans divers fluides, tels que des eaux chargées provenant des mines, des solutions d'installations de retraitement de combustibles nucléaires usés, des cours d'eau, des bassins de rétention d'eau, des eaux de pluies, etc. Parmi les méthodes de dosage de l'uranium couramment utilisées, on connaît notamment la spectrométrie alpha et/ou gamma qui donne de très bons résultats, ou encore la fluorimétrie ou la spectrométrie de masse couplée à un plasma inductif (ICP-MS). Toutefois, si les procédés de dosage existants sont efficaces, ils présentent de nombreux inconvénients. Tout d'abord, ces procédés sont nécessairement mis en oeuvre uniquement en laboratoire et ne sont pas transférables sur le terrain. Ils nécessitent du matériel coûteux et du personnel hautement qualifié, et les produits utilisés sont en outre potentiellement nocifs pour la santé. Par ailleurs, les techniques existantes ne permettent pas un diagnostic immédiat. Le délai pour l'analyse est très long et incompatible avec les délais des applications visées, par exemple les délais de réactions visant à changer un filtre dans le cas du contrôle de la saturation des filtres dans des stations de traitement. Actuellement, le temps nécessaire entre le prélèvement de l'échantillon et l'obtention des résultats est d'une semaine environ, du fait notamment de la nécessité de séparer les différents isotopes de l'uranium en solution pour l'analyse. Il subsiste donc un besoin pour un procédé permettant le dosage immédiat de l'uranium sur terrain, avec un investissement matériel limité et une utilisation non nocive pour la santé. Pour y répondre, l'invention propose d'utiliser des nanoparticules d'or fonctionnalisées avec des molécules particulières. Les nanoparticules d'or ont déjà été proposées pour le dosage d'analytes en solution, en particulier dans la demande US-2010/0105239 qui décrit l'utilisation de nanoparticules d'or greffées chimiquement avec des séquences de polynucléotides et une détection par colorimétrie via un mécanisme de clivage desdites séquences. Toutefois cette méthode présente aussi des inconvénients. La synthèse de polynucléotides est longue car réalisée en plusieurs étapes. Elle est également coûteuse et les quantités de produits obtenues sont faibles. En outre, ces séquences sont fragiles et la stabilité des polynucléotides relativement faible. La présente invention constitue une alternative surprenante et avantageuse à 20 toutes les méthodes de dosage de l'uranium existantes et permet de pallier les inconvénients des procédés de l'art antérieur. L'invention vise en particulier l'utilisation de nanoparticules d'or greffées avec au moins une molécule comprenant au moins un groupement phosphate ou au moins un groupement phosphonate, pour déterminer la présence et/ou doser la quantité 25 d'uranium dans une solution. Il s'agit préférentiellement d'un phosphate, d'un diphosphate, d'un triphosphate ou d'un biphosphonate. La présence d'uranium se manifeste par un changement de couleur qui peut être évalué à l'ceil nu ou à l'aide d'un dispositif, en particulier d'un spectrophotomètre. Avantageusement, l'invention permet un temps de mesure extrêmement réduit et un investissement matériel limité qui permet un dosage immédiat (environ dix minutes) et directement sur le terrain, sans nécessité de transfert vers un laboratoire d'analyse. En outre, les réactifs utilisés ne sont pas nocifs, contrairement à ceux utilisés dans les méthodes classiques. L'invention est à présent décrite en détails, illustrée par la figure 1 qui représente la variation de la longueur d'onde maximale en nm en fonction de la 1 o concentration en uranium en ppm dans une solution. L'invention vise donc l'utilisation de nanoparticules d'or greffées avec au moins une molécule ayant une affinité particulière pour l'uranium, comprenant au moins un groupement phosphate ou au moins un groupement phosphonate, pour déterminer la présence et/ou doser la quantité d'uranium dans une solution. 15 Préférentiellement, ladite molécule ayant une affinité particulière pour l'uranium est choisi parmi - les phosphates, le groupement phosphate répondant à la formule : O Il n-O-P -OH 1 OH avec R = n étant un entier supérieur à 1, préférentiellement compris entre 1 et 15. 20 25 les diphosphates, le groupement diphosphate répondant à la formule : o o Il II -O- P -O- P - OH OH OH avec R n étant un entier supérieur à 1, préférentiellement compris entre 1 et 15. 10 - les triphosphates, le groupement triphosphate répondant à la formule : o o o Il II II R-0-P-0- P-0- P -OH I I OH OH OH 15 avec R n étant un entier supérieur à 1, préférentiellement compris entre 1 et 15. - les biphosphonates, de formule : OH O=PI-OH R+R1 HO-P=O 1 OH 20 avec R = n étant un entier supérieur à 1, préférentiellement compris entre 1 et 15, et avec R1 = H ou OH. Très préférentiellement, les nanoparticules d'or sont greffées avec un biphosphonate. 25 Les nanoparticules d'or greffées utiles selon l'invention sont obtenues par un procédé comprenant les étapes suivantes : - synthèse de nanoparticules d'or par réduction de sels d'or NaAuCl4 à l'aide d'au moins un agent réducteur, préférentiellement un citrate, par exemple du citrate de sodium, ou encore un borohydrure de sodium, - greffage sur ces nanoparticules d'or d'au moins une molécule comprenant 5 au moins un groupement phosphate ou au moins un groupement phosphonate, à l'aide d'au moins : o un thiol, o un disulfure, ou o une amine. 10 Le nombre de molécules chélatantes comprenant au moins un groupement phosphate ou au moins un groupement phosphonate est variable. Les nanoparticules d'or fonctionnalisées selon l'invention répondent à la formule suivante : N - (X-R-Y)m 15 avec : - N = Nanoparticule d'or - X=S, S2 ouNH2 - R= 20 n étant un entier supérieur à 1, préférentiellement compris entre 1 et 15 - Y = groupement phosphate, diphospate, triphosphate ou biphosphonate, - m = entier supérieur ou égal à 1. Selon un mode de réalisation particulièrement adapté, les nanoparticules d'or fonctionnalisées sont des nanoparticules d'or greffées avec au moins un 25 biphosphonate, à l'aide d'un thiol (X=S et Y=biphosphonate). Ces nanoparticules répondent à la formule suivante : - N = Nanoparticule d'or - n étant un entier supérieur à 1, préférentiellement compris entre 1 et 15 Selon un mode de réalisation de l'invention particulièrement adapté, le procédé mis en oeuvre pour le dosage de l'uranium, comprend les étapes suivantes : - introduire dans la solution dans laquelle on souhaite doser l'uranium, les nanoparticules d'or greffées, et - déterminer la présence d'uranium par mesure colorimétrique. En absence d'uranium, la solution a une coloration rose, couleur des nanoparticules d'or. En présence d'uranium, les nanoparticules d'or fonctionnalisées selon l'invention se fixent à l'uranium par l'intermédiaire des molécules chélatantes greffées. Les nanoparticules d'or greffées fixées sur l'uranium et agglomérées, changent de couleur et deviennent bleues. Plus la concentration en uranium est importante en solution, plus la solution se colore en violet - bleu. La variation de la coloration est directement proportionnelle à la concentration de l'uranium en solution. La variation de couleur peut être suivie à l'ceil nu ou par spectrophotométrie. Elle peut également éventuellement être suivie par biphotonique HRS. La spectrophotométrie permet de déterminer quantitativement la concentration en uranium, en particulier entre 500 et 600 nm dans une gamme de concentration comprise entre 100pg/L et 15 mg/L. Le dosage est réalisé en mesurant l'absorbance maximale de la solution. La variation de la longueur d'onde maximale d'absorbance est représenté sur la figure 1. Les nanoparticules d'or fonctionnalisées peuvent être formulées dans un réactif liquide, les nanoparticules représentant moins de 1% en poids. Ce réactif peut être introduit selon un ratio de 1/1 par rapport au volume de solution à doser prélevée. A titre d'exemple non limitatif, le procédé de dosage selon l'invention peut consister à - prélever 1ml de solution à doser dans une cuve pour spectrophotomètre, - ajouter 1ml d'un réactif composé de nanoparticules d'or greffées selon 15 l'invention, - agiter manuellement pendant 10 secondes, - lecture au spectrophotomètre. Avantageusement, le procédé selon l'invention permet de doser l'uranium dans sa forme globale. Il n'est nullement nécessaire de discriminer la forme de l'uranium 20 en solution. La détection est instantanée car le dosage par spectrophotométrie peut être réalisé sur terrain en moins de 10 minutes. Le procédé selon l'invention peut donc être utile pour toute application nécessitant le dosage de l'uranium en solution. Il peut être utilisé notamment 25 pour analyser la pollution en uranium dans des cours d'eau ou des étendues d'eau, pour contrôler la dépollution en uranium de solution après traitement, pour surveiller les radionucléides contenus dans les eaux de pluie ou même encore, pour doser l'uranium présent dans des échantillons d'urine notamment des travailleurs exposés (miniers, exploitants nucléaires, militaires, etc.). Il est également tout particulièrement utile pour contrôler la saturation des écorces contenues dans les stations de traitement telles que décrites dans la demande de brevet FR-0.957.024. L'utilisation selon l'invention est rapide, facile et efficace. Elle constitue pour les laboratoires de contrôle et d'analyse et pour les autorités sanitaires, une alternative aux dosages longs et complexes, et leur permet ainsi de procéder à des dépistages précoces. Selon un autre aspect l'invention vise également un kit de dosage de l'uranium in 10 situ comprenant un réactif composé des nanoparticules d'or greffées telles que précédemment décrites. Préférentiellement, l'invention vise un kit destiné aux professionnels, comprenant notamment - un spectromètre UV transportable 15 - du matériel de prélèvement (gants, pipette, tube à essai, etc.) - un réactif composé des nanoparticules d'or greffées telles que précédemment décrites. Selon un autre mode de réalisation, l'invention vise un kit destiné au public, comprenant au moins : 20 - un abaque - du matériel de prélèvement (gants, pipette, tube à essai, etc.) - un réactif composé des nanoparticules d'or greffées telles que précédemment décrites. REVENDICATIONS1. Utilisation de nanoparticules d'or greffées avec au moins une molécule comprenant au moins un groupement phosphate ou au moins un groupement phosphonate, pour déterminer la présence et/ou doser la quantité d'uranium dans une solution. 2. Utilisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la molécule greffées sur les nanoparticules d'or est choisie parmi les phosphates, les diphosphates, les triphosphates et les biphosphonates. 3. Utilisation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les nanoparticules d'or greffées sont obtenues par un procédé comprenant les étapes suivantes : - synthèse de nanoparticules d'or par réduction de sels d'or NaAuCI4 à l'aide d'un agent réducteur, - greffage sur ces nanoparticules d'or d'au moins une molécule comprenant au moins un groupement phosphate ou au moins un groupement phosphonate, à l'aide d'au moins un thiol, un disulfure ou une amine. 4. Utilisation selon l'une des précédentes revendications caractérisée en ce que les nanoparticules d'or greffées répondent à la formule suivante : N - (X-R-Y)m avec : - N = Nanoparticule d'or - X = S, S2 ou NH2 - R= n étant un entier supérieur à 1, préférentiellement compris entre 1 et 15 - Y = groupement phosphate, diphospate, triphosphate ou biphosphonate,- m = entier supérieur ou égal à 1. 5. Utilisation selon la revendication 4, caractérisée en ce que X = S et Y est un biphosphonate. 6. Utilisation selon l'une des précédentes revendications, pour analyser la 5 pollution en uranium dans des cours d'eau ou des étendues d'eau. 7. Utilisation selon l'une des précédentes revendications, pour contrôler la dépollution en uranium d'une solution après traitement. 8. Utilisation selon la revendication 7, pour contrôler la saturation des écorces contenues dans les stations de traitement. 10 9. Utilisation selon l'une des revendications 1 à 6, pour surveiller les radionucléides contenus dans les eaux de pluie. 10. Utilisation selon l'une des revendications 1 à 6, pour doser l'uranium présent dans des échantillons d'urine. 11. Utilisation selon l'une des précédentes revendications, pour doser 15 l'uranium dans une solution par la mise en oeuvre d'un procédé comprenant au moins les étapes suivantes - introduire dans la solution dans laquelle on souhaite doser l'uranium, les nanoparticules d'or greffées, et - déterminer la présence d'uranium par mesure colorimétrique. 20 12. Utilisation selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'étape de détermination de la présence d'uranium dans la solution est réalisée à l'ceil nu par observation d'un changement de couleur du rose au violet. 13. Utilisation selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'étape de détermination de la présence d'uranium dans la solution est réalisée en 25 déterminant la concentration en uranium par spectrophotométrie. 14. Utilisation selon la revendication 13, caractérisée en ce que la spectrophotométrie est réalisée en mesurant l'absorbance maximale de lasolution entre 500nm et 600nm dans une gamme de concentration comprise entre 100pg/L et 15 mg/L. 15. Kit pour doser l'uranium dans des solutions comprenant : - un spectromètre UV transportable ou un abaque, - du matériel de prélèvement, et - un réactif composé des nanoparticules d'or greffées avec au moins une molécule comprenant au moins un groupement phosphate ou au moins un groupement phosphonate.