FR2978552A1 - USE OF FUNCTIONALIZED GOLD NANOPARTICLES FOR THE DETERMINATION OF URANIUM - Google Patents
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Abstract
L'objet de l'invention est l'utilisation de nano parti cu les d'or greffées particulières pour déterminer la présence et/ou doser la quantité d'uranium dans une solution. Après mise en solution des nanoparticules d'or chargées, le dosage peut s'effectuer notamment par spectrophotométrie. L'invention couvre aussi un kit utilisable pour le dosage d'uranium in situ en condition de terrain.The object of the invention is the use of particular grafted gold nanoparticles to determine the presence and / or dosage of the amount of uranium in a solution. After dissolving the charged gold nanoparticles, the assay can be carried out in particular by spectrophotometry. The invention also covers a kit that can be used for the determination of uranium in situ under field conditions.
Description
UTILISATION DE NANOPARTICULES D'OR FONCTIONNALISEES POUR LE DOSAGE DE L'URANIUM USE OF FUNCTIONALIZED GOLD NANOPARTICLES FOR THE DETERMINATION OF 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. The present invention relates to the detection and the determination of uranium in aqueous or organic solutions, as well as a dedicated kit. There are different methods for determining uranium in aqueous or organic solutions. These processes are used in particular to detect and quantify the presence of uranium in various fluids, such as charged water from mines, solutions for spent nuclear fuel reprocessing plants, watercourses, retention ponds. water, rainwater, etc. Among the methods of determination of uranium commonly used, alpha and / or gamma spectrometry, which gives very good results, or also fluorimetry or inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS), are particularly known. However, if existing dosing methods are effective, they have many disadvantages.
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. First, these methods are necessarily implemented only in the laboratory and are not transferable in the field. They require expensive equipment and highly qualified personnel, and the products used are also potentially harmful to health. Moreover, the existing techniques do not allow an immediate diagnosis.
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. The time taken for the analysis is very long and incompatible with the delays of the applications concerned, for example the reaction times intended to change a filter in the case of the control of the saturation of the filters in treatment stations. Currently, the time required between sampling and obtaining results is about one week, mainly because of the need to separate the different isotopes of uranium in solution for analysis.
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. There is therefore still a need for a process for the immediate dosing of uranium in the field, with limited material investment and non-harmful use for health. To answer them, the invention proposes to use functionalized gold nanoparticles with particular molecules.
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. Gold nanoparticles have already been proposed for the analysis of analytes in solution, in particular in the application US-2010/0105239 which describes the use of gold nanoparticles grafted chemically with polynucleotide sequences and detection by colorimetry via a cleavage mechanism of said sequences. However, this method also has disadvantages.
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. The synthesis of polynucleotides is long because carried out in several stages. It is also expensive and the quantities of products obtained are low. In addition, these sequences are fragile and the stability of the polynucleotides relatively low. The present invention provides a surprising and advantageous alternative to all existing uranium assay methods and overcomes the disadvantages of the prior art processes. The invention aims in particular at using gold nanoparticles grafted with at least one molecule comprising at least one phosphate group or at least one phosphonate group, to determine the presence and / or dose of the quantity of uranium in a solution. . It is preferably a phosphate, a diphosphate, a triphosphate or a bisphosphonate.
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. The presence of uranium is manifested by a change of color that can be evaluated by the naked eye or with the aid of a device, in particular a spectrophotometer. Advantageously, the invention allows an extremely reduced measurement time and a limited hardware investment which allows an immediate dosage (approximately ten minutes) and directly in the field, without the need for transfer to an analysis laboratory. In addition, the reagents used are not harmful, unlike those used in conventional methods.
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. The invention is now described in detail, illustrated by FIG. 1 which represents the variation of the maximum wavelength in nm as a function of the 1 o concentration of uranium in ppm in a 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. The invention therefore relates to the use of gold nanoparticles grafted with at least one molecule having a particular affinity for uranium, comprising at least one phosphate group or at least one phosphonate group, to determine the presence and / or dose of the amount of uranium in a solution.
15 Préférentiellement, ladite molécule ayant une affinité particulière pour l'uranium est choisi parmi Preferably, said molecule having a particular affinity for uranium is chosen from
- 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. phosphates, the phosphate group corresponding to the formula: ## STR2 ## with R = n being an integer greater than 1, preferably between 1 and 15. diphosphates, the diphosphate group corresponding to the formula: where R n is an integer greater than 1, preferably between 1 and 15. 10 - triphosphates, the triphosphate group corresponding to the formula: ooo II II II R With R n being an integer greater than 1, preferably between 1 and 15. - bisphosphonates, of formula: OH O = PI-OH R = O-OH-OH + R1 HO-P = O 1 OH with R = n being an integer greater than 1, preferably between 1 and 15, and with R1 = H or OH. Very preferably, the gold nanoparticles are grafted with a bisphosphonate. The grafted gold nanoparticles that are useful according to the invention are obtained by a process comprising the following steps: synthesis of gold nanoparticles by reduction of NaAuCl4 gold salts using at least one reducing agent, preferentially a citrate, for example sodium citrate, or a sodium borohydride, grafting on these gold nanoparticles at least one molecule comprising at least one phosphate group or at least one phosphonate group, with the aid of at least: a thiol, a disulfide, or an amine. The number of chelating molecules comprising at least one phosphate group or at least one phosphonate group is variable. The functionalized gold nanoparticles according to the invention correspond to the following formula: N - (XRY) m 15 with: - N = gold nanoparticle - X = S, S2 or NH 2 - R = 20 n being an integer greater than 1 , preferably between 1 and 15 - Y = phosphate group, diphospate, triphosphate or bisphosphonate, - m = integer greater than or equal to 1. According to a particularly suitable embodiment, functionalized gold nanoparticles are grafted gold nanoparticles with at least one bisphosphonate, using a thiol (X = S and Y = bisphosphonate). These nanoparticles correspond to the following formula: N = gold nanoparticle - n being an integer greater than 1, preferably between 1 and 15 According to one embodiment of the invention that is particularly suitable, the method used for the assay of uranium, comprises the following steps: - introduce in the solution in which it is desired to assay the uranium, grafted gold nanoparticles, and - determine the presence of uranium by colorimetric measurement.
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. In the absence of uranium, the solution has a pink color, the color of gold nanoparticles. In the presence of uranium, the functionalized gold nanoparticles according to the invention bind to uranium via the grafted chelating molecules. The grafted gold nanoparticles attached to uranium and agglomerated, change color and become blue.
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. The higher the concentration of uranium in solution, the more the solution is colored purple-blue. The variation of the color is directly proportional to the concentration of uranium in solution. The color variation can be followed by naked eye or spectrophotometry. It can also possibly be followed by two-photon 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. Spectrophotometry makes it possible to quantitatively determine the concentration of uranium, in particular between 500 and 600 nm in a concentration range of between 100 μg / l and 15 mg / l. The assay is performed by measuring the maximum absorbance of the 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. The variation of the maximum absorbance wavelength is shown in FIG. 1. The functionalized gold nanoparticles can be formulated in a liquid reagent, the nanoparticles representing less than 1% by weight. This reagent can be introduced in a ratio of 1/1 with respect to the volume of the solution to be assayed. By way of nonlimiting example, the assaying method according to the invention can consist of taking 1 ml of solution to be assayed in a spectrophotometer tank, adding 1 ml of a reagent composed of grafted gold nanoparticles according to the invention. invention, - manually shake for 10 seconds, - spectrophotometer reading. Advantageously, the process according to the invention makes it possible to determine the uranium in its overall form. There is no need to discriminate the form of uranium 20 in solution. The detection is instantaneous because the spectrophotometric assay can be performed in the field in less than 10 minutes. The method according to the invention can therefore be useful for any application requiring the determination of uranium in solution. It can be used in particular for analyzing uranium pollution in watercourses or bodies of water, for controlling the uranium depollution of solution after treatment, for monitoring the radionuclides contained in rainwater or even for for the determination of uranium in urine samples, particularly exposed workers (mining, nuclear, military, etc.). It is also particularly useful for controlling the saturation of the barks contained in the treatment stations as described in the patent application 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. The use according to the invention is fast, easy and effective. For the control and analysis laboratories and for the health authorities, it provides an alternative to long and complex dosages, and enables them to carry out early screening. According to another aspect, the invention also relates to an in situ uranium assay kit comprising a reagent composed of grafted gold nanoparticles as previously described. Preferably, the invention is a kit for professionals, including in particular - a transportable UV spectrometer 15 - sampling equipment (gloves, pipette, test tube, etc.) - a reagent composed of gold nanoparticles grafted as previously described. According to another embodiment, the invention relates to a kit intended for the public, comprising at least: - an abacus - sampling material (gloves, pipette, test tube, etc.) - a reagent composed of nanoparticles grafted gold as previously described.
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Legal Events
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Effective date: 20180330 |