Brevet FR3024236A1 — publié le 20160129

CAPTEUR ET DISPOSITIF POUR LA DETECTION DE FONGICIDES EN MILIEU HYDRO-ALCOOLIQUE DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un capteur à transduction microondes comportant comme matériau sensible un polymère à empreintes moléculaires dit MIP selon l'acronyme anglo-saxon « Molecularly Imprinted Polymer », et plus particulièrement des silices à empreintes moléculaires dits MIS selon l'acronyme anglo-saxon « Molecularly Imprinted Silica » et un dispositif pour la détection de fongicides tels que l'iprodione par exemple dans un milieu hydro-alcoolique tel que le vin par exemple. ART ANTERIEUR Dans le domaine de la chimie analytique en particulier, il est bien connu des moyens variés pour analyser des liquides tels que l'eau ou du vin par exemple afin de déterminer notamment le contenu chimique desdits liquides, et plus particulièrement de déterminer la présence ou non de polluants tels que des fongicides. Parmi les systèmes les plus couramment utilisés, on connait les bandelettes réactives ou la chromatographie. Les bandelettes réactives ne permettent pas la détection de traces de fongicides de l'ordre de quelques ng/1 et la chromatographie présente l'inconvénient d'être longue et couteuse. La méthode la plus utilisée pour le dosage des fongicides est la chromatographie liquide à haute performance dite HPLC. Cependant, cette analyse nécessite de nombreuses opérations préliminaires consistant dans des étapes d'extraction, de purification, de concentration et éventuellement de séchage. 3024236 - 2 - Pour éviter l'étape de traitement de l'échantillon (extraction, purification, concentration et séchage), pour réduire le temps d'analyse et pour réduire les quantités de solvant importantes utilisées pour l'extraction, d'autres moyens plus récents ont été mis en place. 5 On peut citer comme exemple la fibre de Micro Extraction en Phase solide dite SPME selon l'acronyme anglo-saxon « Solid Phase MicroExtraction ». Cette méthode est basée sur l'utilisation d'une fibre de silice de 110 [tm enrobée d'un adsorbant d'une épaisseur de 7 à 100 [tm sur une longueur de 1 cm et située au bout d'une seringue. Pour 10 l'extraction des composés, l'aiguille perce le septum du flacon contenant l'échantillon et la fibre est immergée dans l'échantillon. Après un temps d'extraction donné, la fibre est introduite dans un chromatographe en phase gazeuse (Pichon V, 2012. Extraction sur phase solide pour l'analyse de composés organiques [P 1420]. Techniques de l'Ingénieur, base documentaire Chromatographie et techniques séparatives.) 15 La fibre SPME nécessite la mise en place de plusieurs étapes avant la détermination du fongicide : extraction d'une dizaine de minutes suivie d'une analyse chromatographique qui dure au moins 30 minutes. 20 On connait également des capteurs comportant un polymère à empreintes moléculaires dit MIP selon l'acronyme anglo-saxon « Molecularly Imprinted Polymer ». C'est le cas notamment des demandes de brevet américain US 2008/0144002, US 2012/0288944 et US 2004/0126814. 25 Le document US 2008/0288944 décrit un capteur comportant un polymère à empreinte moléculaire pour la détection d'un ion inorganique cible spécifique. Ledit capteur comprend une ou plusieurs perles de polymère à empreintes moléculaires comprenant une structure macroporeuse qui présente une pluralité de cavités dites de complexation, lesdites cavités de complexation contenant des ligands cationiques 30 spatialement orientés pour sélectivement recevoir et se lier à un ion cible inorganique spécifique devant être détecté. Le capteur, associé à une source lumineuse telle qu'une lumière ultraviolette, infrarouge ou visible, permet de procurer la luminescence des perles 3024236 - 3 - de polymère à empreintes moléculaires sur lesquelles se sont fixés un ion cible inorganique déterminé. Le document US 2012/0288944 décrit un procédé pour détecter une structure 5 moléculaire traceur dans un fluide utilisant un capteur comprenant un polymère à empreintes moléculaires. Le procédé consiste à mettre en contact un polymère à empreintes moléculaires en étoile réticulé avec le fluide puis à corréler le changement de couleur dans le fluide avec la quantité de la structure moléculaire traceur dans le fluide. Le dispositif comporte des bras polymériques attachés à un noyau, et le noyau présente 10 des cavités de tailles moléculaires adaptés pour recevoir de manière sélective et lier des molécules ayant la structure moléculaire traceur, ledit noyau ayant également un indicateur colorimétrique. La molécule de déplacement est sélectivement éliminée du polymère réticulé à empreintes moléculaires par exposition à la structure moléculaire traceur dans le fluide en indiquant ainsi la présence de la structure moléculaire traceur 15 dans le fluide sur la base d'une perte de la couleur. Le document US 2004/0126814 décrit un capteur pour détecter un analyte cible au moyen d'un polymère à empreinte moléculaire (MIP) qui a été imprimée avec l'analyte cible. Le MIP peut être utilisée comme une électrode de travail en spectroscopie 20 d'impédance électrochimique, soit en revêtant un substrat soit en étant pressé sur un disque. Le capteur peut également utiliser le polymère à empreinte moléculaire (MIP) pour détecter un analyte cible par d'autres procédés électrochimiques. Tous ces procédés présentent l'inconvénient d'être longs et onéreux à mettre en 25 oeuvre notamment. Il existe donc un besoin pour un dispositif de détection d'un analyte permettant de réduire les étapes de traitement de l'échantillon avant analyse, lesdites étapes étant nécessaires pour éliminer les interférents présents dans les matrices complexes, et 30 procurant une mesure s'affranchissant de la perturbation du signal induite par lesdits interférents. EXPOSE DE L'INVENTION 3024236 - 4 - L'un des buts de l'invention est donc de remédier à ces inconvénients en proposant un capteur pour la détection rapide d'un analyte tel qu'un fongicide de conception simple et peu onéreuse. 5 A cet effet et conformément à l'invention, il est proposé un capteur pour la détection d'un analyte, tel qu'un fongicide, un pesticide ou similaire, dans un liquide, lequel est constitué d'au moins un substrat comportant, sur au moins l'une de ses faces, au moins une électrode, ledit substrat et ladite électrode étant recouverts d'une couche d'un 10 polymère à empreintes moléculaires. DESCRIPTION SOMMAIRE DES FIGURES D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va 15 suivre d'une unique variante d'exécution, donnée à titre d'exemple non limitatif, du dispositif de détection de fongicides en milieu hydro-alcoolique conforme à l'invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique du dispositif suivant l'invention, - la figure 2 est une vue de dessus du circuit du capteur comportant un polymère à 20 empreintes moléculaires du dispositif, - la figure 3 est une vue de dessus du capteur comportant un polymère à empreintes moléculaires du dispositif suivant l'invention, - la figure 4 est une représentation graphique de la réponse du capteur comportant le MIS à la fréquence de résonance en présence de l'analyte, 25 - la figure 5 est une comparaison de la réponse du capteur comportant le MIS à celle du capteur comportant le NIS suivant l'invention en présence de l'analyte. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION 30 Dans la suite de la description du dispositif de détection de fongicides en milieu hydro-alcoolique suivant l'invention, les mêmes références numériques désignent les mêmes éléments. Le dispositif suivant l'invention est particulièrement destiné à la détection de fongicides, tels que l'iprodione, dans du vin ; toutefois, il est bien évident 3024236 - 5 - que le dispositif suivant l'invention pourra trouver de nombreuses applications telles que la détection de fongicides dans de l'eau sans pour autant sortir du cadre de l'invention. En référence à la figure 1, le dispositif comporte un capteur (1), des moyens 5 d'émission (2) d'une onde électromagnétique à une fréquence comprise entre 1 et 300 GHz , plus particulièrement entre 1 et 10 GHz, et des moyens de réception (3) de l'onde réfléchie sur le capteur (1) qui est plongé dans un liquide hydro-alcoolique comportant au moins un analyte à détecter, ledit analyte consistant dans un fongicide tel que l'iprodione par exemple, et des moyens de mesure (4) du rapport entre l'onde réfléchie et l'onde 10 incidente en fonction de la fréquence. Lesdits moyens d'émission (3) d'une onde électromagnétique et les moyens de réception (4) de l'onde réfléchie consistent en un analyseur de réseau vectoriel. Par ailleurs, en référence aux figures 1 à 3, le capteur (1) est constitué d'au moins un substrat (10) comportant sur au moins l'une de ses faces au moins une électrode (11), ledit substrat (10) et ladite électrode (11) étant recouverts d'une 15 couche (12) d'un polymère à empreintes moléculaires. Ledit polymère à empreinte moléculaire consiste, de préférence, dans du silice à empreintes moléculaires dit MIS selon l'acronyme anglo-saxon « Molecularly Imprinted Silica ». Ladite couche (12) de polymère à empreintes moléculaires présente une épaisseur de l'ordre du micromètre. De plus, le substrat (10) consiste en une lame de verre. Dans cet exemple particulier de 20 réalisation, ladite lame présente une forme sensiblement rectangulaire ou carré. Il est bien évident que la lame pourra présenter une forme quelconque sans pour autant sortir du cadre de l'invention. 25 De plus, ladite électrode (11) présente une forme de triangle isocèle, la longueur de chaque côté du triangle formant l'électrode (11) étant égale à k/2, X, étant la longueur d'onde. L'électrode (11) comporte par ailleurs deux antennes (13) s'étendant depuis deux sommets dudit triangle symétriquement par rapport à la médiane passant par le sommet libre de l'électrode (11), chaque antenne (13) présentant une longueur égale à k/2. 30 Il va de soi que l'électrode (11) pourra présenter une forme quelconque. De plus, il est bien évident que le capteur (1) pourra comporter plusieurs électrodes (11) de forme quelconque sans pour autant sortir du cadre de l'invention. 3024236 - 6 - Le procédé de fabrication du capteur comporte une étape de découpe du substrat en verre sous la forme d'une lame rectangulaire d'environ 1 cm par 2 cm avant une étape de polissage mécanique. Ensuite, ladite lame de verre est recouverte d'une couche de cuivre 5 d'une épaisseur de 20 à 30 1.1.m. Ladite lame recouverte de cuivre subit alors plusieurs polissages jusqu'à l'obtention d'une surface polymiroir du cuivre puis une résine sensible aux Ultra-violets (UV) est déposée par un procédé dit de « spin-coating » bien connu de l'homme du métier. Un masque représentant la géométrie du capteur est alors mis en place sur la résine, puis la lame est irradiée par des ultra-violets (UV). Après révélation de 10 la résine, une gravure humide du cuivre est réalisée et la résine restante est supprimée par tous moyens appropriés bien connus de l'homme du métier. Après rinçages à l'eau distillée, le capteur peut subir une autre étape de polissage et de nettoyage afin de supprimer d'éventuelles imperfections. Le capteur est, par ailleurs, recouvert d'une couche de silice à empreintes moléculaires qui est élaboré avec la présence de l'analyte 15 cible, par exemple l'iprodione. En dernier lieu, le capteur est alors équipé d'un connecteur de type SMA (14) selon l'acronyme anglo-saxon « Subminiature version A» qui consiste dans un connecteur coaxial dont l'impédance est de 50 Ohms et qui est soudé à l'électrode du capteur. 20 La synthèse du MIS a été réalisée en utilisant le ratio retenu suivant 1/4/59 (ratio molaire iprodione/monomères/agent réticulant). Le monomère utilisé est l'APTMS (3- aminopropyl-trimethoxysilane). La synthèse s'est déroulée de la manière suivante : i) 16,8 mL d'éthanol absolu a été placé au bain-marie à 40°C pendant 10 min. ii) 0,08g d'iprodione est ajoutée puis 2 mL d'eau. 25 iii) 0,18 mL de monomère (APTMS) a été ensuite ajouté, puis les échantillons ont été placés sous agitation durant 5 min. iv) 3,1 mL de réticulant TEOS (Tetraéthyl Orthosilicate) ont été ensuite ajoutés, et les échantillons sont de nouveau agité pendant 5 min. v) 1 mL d'Inititateur (Hydroxyde d'Ammonium) a été ajouté, puis les échantillons 30 ont été agités durant 5 min. vi) Les échantillons sont ensuite placés 24h au bain-marie (40°C) sous agitation. vii) Le précipité obtenu est séparé de la phase liquide par centrifugation à 7500 RPM (10000G) pendant 10 min à 20°C. Plusieurs lavages successifs ont été 3024236 - 7 - ensuite réalisés avec de l'éthanol absolu, jusqu'à ce qu'il n'y ait plus d'iprodione dans les eaux de lavage lors de l'analyse par HPLC. Après les différents lavages, le polymère est placé à l'étuve à 60°C durant 24 heures. Un polymère non imprimé, NIS, selon l'acronyme anglo-saxon « Non Imprinted Silica » 5 a été synthétisé en suivant le même protocole que le MIS en omettant l'ajout de l'iprodione dans le milieu de synthèse. Le MIS ou le NIS est déposé sur le capteur sous la forme d'une suspension. Pour cela, du PVC en poudre a été ajouté à une suspension de MIS dans du THF (tétrahydrofurane) en respectant le ratio suivant : 25/8/4, MIS(mg)/PVC(mg)/THF(mL). 10 La solution ainsi préparée a été ensuite déposée à la surface du capteur par la méthode de spin-coating en utilisant les paramètres suivants : vitesse = 1000 tr/min, accélération = 4000 tr/min, durée = 40 s. 15 Ainsi, le capteur étant plongé dans un liquide contenant l'analyte cible, par exemple l'iprodione, l'analyseur de réseau vectoriel émet une onde électromagnétique à une fréquence d'excitation, dans le domaine des microondes, et évalue l'onde réfléchie à l'entrée de celui-ci. L'intéraction du liquide avec le matériau à empreintes moléculaires du capteur (1) induit des variations des propriétés diélectriques du matériau sensible dans 20 la gamme des microondes. Le matériau à empreintes moléculaires prenant part à une structure propagative microonde voit sa variation de propriétés diélectriques exaltée par la géométrie du capteur. De cette manière pour chaque fréquence d'excitation, le rapport onde réfléchie/onde incidente est associé à l'interaction du matériau à empreintes moléculaires avec le liquide. L'analyseur de réseau émet plusieurs fréquences de l'ordre 25 du millier dans la gamme de 1 à 10 GHz procurant une signature dite microonde décrivant l'interaction du matériau à empreintes moléculaires avec le liquide. En référence à la figure 4, la réponse du capteur suivant l'invention est représentée, à la fréquence de résonance 2.3 GHz, en présence du polluant déterminé. Le signal représente la variation relative du signal (partie réelle et imaginaire) avec polluant par rapport au liquide sans 30 polluant. On notera que la mesure est réalisée en une minute environ. La figure 5 est une représentation graphique de la réponse du capteur comportant un MIS en présence du polluant déterminé comparée à la réponse d'un capteur comportant un NIS, le second capteur NIS étant préalablement réalisé à partir d'un polymère non imprimé NIS (Non 3024236 - 8 - imprinted silica) synthétisé dans les mêmes conditions que le MIS mais en absence d'iprodione. Enfin, il est bien évident que les exemples que l'on vient de donner ne sont que des 5 illustrations particulières et en aucun cas limitatif quant au domaine d'application de l'invention. REVENDICATIONS1 - Capteur pour la détection d'un analyte tel qu'un fongicide, un pesticide ou similaire, dans un liquide, caractérisé en ce qu'il est constitué d'au moins un substrat comportant sur au moins l'une de ses faces au moins une électrode, ledit substrat et ladite électrode étant recouverts d'une couche d'un polymère à empreintes moléculaires. 2 - Capteur suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le polymère à empreinte moléculaire consiste dans du silice à empreintes moléculaires. 3 - Capteur suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la couche de polymère à empreintes moléculaires présente une épaisseur comprise entre 50 et 950 nm. 4 - Capteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le substrat consiste en une lame de verre. 5 - Capteur suivant la revendication 4 caractérisé en ce que ladite lame de verre présente une forme sensiblement rectangulaire ou carré. 6 - Capteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que ladite électrode présente une forme de triangle isocèle. 7 - Capteur suivant la revendication 6 caractérisé en ce que la longueur de chaque côté du triangle formant l'électrode est égale à k/2, X, étant la longueur d'onde. 8 - Capteur suivant l'une quelconque des revendications 6 ou 7 caractérisé en ce que l'électrode comporte deux antennes s'étendant depuis deux sommets dudit triangle symétriquement par rapport à la médiane passant par le sommet libre. 9 - Capteur suivant la revendication 8 caractérisé en ce que chaque antenne présente une longueur égale à k/2. 10 - Dispositif de détection d'au moins un analyte tel qu'un fongicide, un pesticide ou similaire, dans un liquide, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un 3024236 - 10 capteur constitué d'au moins un substrat comportant sur au moins l'une de ses faces au moins une électrode, ledit substrat et ladite électrode étant recouverts d'une couche d'un polymère à empreintes moléculaires, des moyens d'émission d'une onde électromagnétique à une fréquence comprise entre 1 et 300 GHz et des moyens de 5 réception de l'onde réfléchie sur le capteur qui est plongé dans le liquide et des moyens de mesure du rapport entre l'onde réfléchie et l'onde incidente en fonction de la fréquence. 11 - Dispositif de détection suivant la revendication 10 caractérisé en ce que 10 les moyens d'émission d'une onde électromagnétique et les moyens de réception de l'onde réfléchie consistent en un analyseur de réseau vectoriel. 12 - Dispositif de détection suivant l'une quelconque des revendications 10 ou 11 caractérisé en ce que le polymère à empreinte moléculaire consiste dans du silice à 15 empreintes moléculaires. 13 - Dispositif de détection suivant l'une quelconque des revendications 10 à 12 caractérisé en ce que la couche de polymère à empreintes moléculaires présente une épaisseur comprise entre 50 et 950 nm. 20 14 - Dispositif de détection suivant l'une quelconque des revendications 10 à 13 caractérisé en ce que le substrat consiste en une lame de verre. 15 - Dispositif de détection suivant la revendication 14 caractérisé en ce que 25 ladite lame de verre présente une forme sensiblement rectangulaire ou carré. 16 - Dispositif de détection suivant l'une quelconque des revendications 10 à 15 caractérisé en ce que ladite électrode présente une forme de triangle isocèle. 30 17 - Dispositif de détection suivant la revendication 16 caractérisé en ce que la longueur de chaque côté du triangle formant l'électrode est égale à k/2, X, étant la longueur d'onde. 18 - Dispositif de détection suivant l'une quelconque des revendications 16 ou 35 17 caractérisé en ce que l'électrode comporte deux antennes s'étendant depuis deux 3024236 -11 sommets dudit triangle symétriquement par rapport à la médiane passant par le sommet libre. 19 - Dispositif de détection suivant la revendication 18 caractérisé en ce que 5 chaque antenne présente une longueur égale à k/2.