Tablettes de silice nanoporeuse pour quantifier biomolécules et nanoparticules via l'auto-diffusivité de l'eau dans des pores bio-inspirés

Résumé

S'inspirant de la nanostructure complexe des frustules d'algues diatomées, nous présentons une approche novatrice utilisant des tablettes de silice nanoporeuse conçues pour quantifier la concentration de biomolécules ou nanoparticules en suspension dans l'eau. La méthode repose sur la réduction bien établie du coefficient d'auto-diffusion de l'eau lorsqu'elle est confinée dans des nanopores — un phénomène qui est encore modulé par la présence de solutés. En mesurant la diffusivité de l'eau confinée, par exemple par diffusion quasi-elastique de neutrons (QENS) ou imagerie par résonance magnétique pondérée en diffusion (D-MRI), nous pouvons déduire la concentration du soluté avec une précision sous-pourcent. Les simulations de dynamique moléculaire et les données de la littérature confirment une corrélation robuste entre la diffusivité de l'eau et la charge en soluté, tandis que les estimations des temps de remplissage des pores suggèrent que le protocole peut être complété en moins d'une heure pour des dimensions de tablettes réalistes. Cette stratégie de nano-mesure bio-inspirée offre une alternative rapide et peu coûteuse pour détecter les nanopolluants émergents et les biomolécules traces dans les environnements aqueux.