Academic literature on the topic 'Microcapteur électrochimique'

Les acides ascorbique (AA) et urique (AU) sont d'un grand intérêt biologique vu les différents rôles qu'ils jouent dans l'organisme (agents antioxydant, cofacteur d'hydroxylation, marqueur du métabolisme des purines). Chez les cliniciens, le dosage de ces deux molécules aide à l'établissement de diagnostics et aux suivis thérapeutiques. Face aux méthodes classiques actuellement utilisées (la chromatographie liquide à haute performance et la spectrométrie), qui nécessitent souvent des étapes de prétraitement de l'échantillon, l'objectif de ce travail est de mettre au point un microcapteur voltammétrique fonctionnalisé par un polymère conducteur électrogénéré le poly (3,4-éthylènedioxythiophène) PEDOT. Le capteur a permis de doser sélectivement et simultanément les deux acides. L'étude des conditions d’élaboration du film (paramètres d'électrolyse, épaisseur du dépôt) et des paramètres de mesure électrochimique a permis d'optimiser les performances analytiques du capteur (sensibilité, seuil limite de détection, domaine de linéarité) dans des solutions modèles. L'étude a mis en évidence un mécanisme EC' de régénération de l'acide urique par l'acide ascorbique au voisinage de l'électrode. Le capteur a ensuite été éprouvé directement dans le sérum sanguin sans aucune préparation de l'échantillon. Les résultats des dosages électrochimiques des deux acides sont en très bonne adéquation avec ceux des méthodes chromatographiques et enzymatiques
Ascorbic (AA) and uric (UA) acids are of a great biological interest considering the various physiological roles they play (antioxidants, cofactor of hydroxylation, marker of the purins metabolism). In medicine, the assay of both molecules contributes to the establishment of diagnosis and therapies. In alternative to the traditional methods currently used (high performance chromatography liquid and spectrometry), which are generally time consuming and often require costly materials, complex experimental protocols and sample pretreatment, the aim of this work is to develop a voltammetric microsensor functionalized by a electrogenerated conducting polymer (3,4-ethylenedioxythiophene) PEDOT. This sensor made possible a selective and sensitive simultaneous detection of both acids. The study of the electropolymerization parameters (PEDOT film thickness, electropolymerization potential range, monomer concentration) and of the electrochemical measurements parameters (potential scan rate) allows the optimization of the analytical performances of the microsensor (sensitivity, limit of detection and linear range). The study highlighted also an EC’ mechanism of regeneration of uric acid by ascorbic acid in the vicinity of the electrode. Electrochemical assay of the two acids was finally performed in the human blood serum without any preparation of the sample. The results are in very good agreement with those of the standardized chromatographic and enzymatic methods

Les techniques d'analyses chimiques et biologiques nécessitent le développement à faible coût de capteurs chimiques fiables. Dans ce contexte, les transistors chimiques à effet de champ ChemFETs et les microélectrodes offrent des solutions innovantes à condition d'optimiser l'interface entre les différents domaines que sont les microtechnologies, la biologie et la chimie. Au cours de cette thèse, nous nous sommes attachés à développer des techniques permettant de coupler des agents chimiques au silicium. Deux approches ont été étudiées, toutes les deux basées sur l'utilisation de polymère. La première approche a été centrée sur le développement des techniques d'encapsulation avec la réalisation de microcuves et micro-canaux d'analyse en PDMS. Le suivi de l'activité bactérienne à l'aide de pH-ISFETs a été optimisé dans le cadre de l'étude des lactobacillus acidophilolus. La deuxième approche s'est intéressée à l'adaptation des ChemFETs et des microélectrodes d'or à la détection d'ions tels que le potassium et le sodium. L'utilisation des techniques de photolithographie a ainsi permis la fabrication collective de couches ionosensibles en PSX (polysiloxane)

Dans un premier chapitre, je développerai l'état de l'art des molécules que nous avons choisies d'utiliser : le pyrrole et l'éthylènediarnine : historique des travaux publiés, premiers travaux de synthèse électrochimique, applications développées et étude des mécanismes réactionnels électrochimiques possibles. Une seconde partie sera dédiée à l'essor des procédés de mesures du pH. Ceci débutera par une explication de la notion de pH, suivie d'une présentation des techniques de mesure du pH par des appareillages conventionnels, jusqu'aux nouvelles méthodes développées dernièrement. Puis, nous tenterons de déposer en couches minces des polymères en utilisant le fait que le pyrrole et l'éthylènediarnine électropolymérisent par oxydation anodique à la surface d'une électrode. Nous électro-oxydons alors différentes solutions de pyrrole et d'éthylènediarnine en modifiant la composition des électrolytes: nature du solvant et concentrations en sel de fond et en monomère. Nous caractériserons ensuite les surfaces modifiées, au moyen de techniques spectroscopiques (IR et XPS) et microscopiques (AFM et MEB). Finalement, nous présenterons des surfaces de platine fabriquées par «lift-off» puis modifiées par électro-oxydation du pyrrole ou de l' éthylènediarnine et ainsi servir de couches sensibles de capteurs de pH. Cetty méthode semble être une bonne alternative car ces capteurs sont à la fois miniaturisables et utilisables dans le milieu clinique si des polymères biocompatibles sont choisis comme couches actives. La sensibilité, la réversibilité et la stabilité de détection aux variations de pH des capteurs sont ensuite estimées pour des valeurs de pH comprises entre 4,5 et 9
The first part describes the state of the art (electrochemical synthesis, developed applications and electrochemical reaction mechanisms) of the molecules used in his work : pyrrole and ethylenediamine. A second part is dedicated to the evolution of pH measurement processes. Thus, after an explanation of the pH concept, a presentation of both conventional pH measurement technique' and of recent pH measurements methods is given. Then, thin polymer films are deposited on platinum surfaces by anodic electropolymerization of pyrrole and ethylenediamine. Then, we tested different electrolyte composition to determine the influence of solvent, salt and monomer concentrations on the electro-oxidation of pyrrole and ethylenediamine solutions. After that, several spectroscopic (IR and XPS) and microscopic (AFM and SEM) techniques were used to characterize the modified surfaces. Finally, pH sensors were elaborated by "lift-off' process then modified by anodic electro- oxidization of pyrrole and ethylenediarnine. This method was proved to be a good alternative to standard pH probes since these sensors can be both miniaturized and used in the clinical field if biocompatible polymers are selected as active layers. The sensitivity, reversibility and stability of these pH sensors were estimated for pH values between 4. 5 and 9. 0

Ce travail a ete consacre a l'etude des composants d'un microcapteur a base de nasicon. Deux methodes d'elaboration en couche de la membrane ionosensible ont ete comparees. Le dipcoating (procede sol-gel) permet de preparer des couches minces, mais les resultats ont montre la difficulte a obtenir des couches etanches et stoechiometriques. La methode de depot du nasicon par serigraphie a egalement ete utilisee. Les caracterisations physico-chimiques et electriques ont revele de bonnes proprietes d'adherence et de conductivite des couches epaisses. L'etude de la reference interne a porte sur un materiau a base de agcl dope par nacl, depose en couches minces sur le nasicon par evaporation sous vide. Les mesures electriques ont permis de comprendre que le mecanisme de reponse est sans doute base sur l'echange des ions argent a l'interface nasicon/reference interne. Une nouvelle description de la chaine electrochimique a ete proposee. Enfin, des premiers essais en capteurs complets ont revele des performances encourageantes tant au niveau d'une application biomedicale (capteur macroscopique) que de la realisation de microcapteurs.

L'essor des biocapteurs électrochimiques n'est plus à démontrer. Véritables outils d'analyse, ces dispositifs tendent à se miniaturiser afin de répondre aux spécifications actuelles : faibles volumes, temps d'analyse réduit, portabilité, et profitent des potentialités des microélectrodes : sensibilité accrue, capacité de mesure en milieux résistifs. Ce travail de thèse a été d'intégrer, à partir des techniques issues des microtechnologies "Silicium & Polymères", des dispositifs électrochimiques génériques et reproductibles à trois électrodes et de caractériser l'ensemble des matériaux utilisés. Les structures ainsi obtenues ont été conditionnées en vue de l'étude du stress oxydant à la surface de la peau. Elles ont été utilisées pour détecter l'acide ascorbique et l'acide urique, molécules impliquées dans le mécanisme de défense contre le stress oxydant. Les performances de ces dispositifs ont été évaluées dans des solutions modèles, par comparaison aux résultats obtenus avec des microélectrodes de fabrication manuelle traditionnelle et directement à la surface de la peau
Electrochemical sensors present a growing interest for analytical control in various application fields. These devices tend to be miniaturized to answer current issues -low volumes, reduced analysis time, portability -and to take advantage of the potentiality of microelectrodes : sensitivity, detection limit improvement, ability to measure in resistive media. This work has consisted in integrating, thanks to "Silicon & Polymers" microtechnologies, generic and reproducible electrochemical cells comprising three electrodes and in characterizing all of the materials used. The structures thus obtained have been adapted to the study oxidative stress on the surface of the skin. The devices have been used to detect ascorbic and uric acids, molecules involved in the defense system against oxidative stress. Their performances have been evaluated in model solutions, by comparison to results obtained with traditional hand-made microelectrodes and directly to the skin surface

L'essor des biocapteurs électrochimiques n'est plus à démontrer. Véritables outils d'analyse, ces dispositifs tendent à se miniaturiser afin de répondre aux spécifications actuelles: faibles volumes, temps d'analyse réduit, portabilité, et profitent des potentialités des microélectrodes: sensibilité accrue, capacité de mesure en milieux résistifs. Ce travail de thèse a été d'intégrer, à partir des techniques issues des microtechnologies "Silicium & Polymères", des dispositifs électrochimiques génériques et reproductibles à trois électrodes et de caractériser l'ensemble des matériaux utilisés. Les structures ainsi obtenues ont été conditionnées en vue de l'étude du stress oxydant à la surface de la peau. Elles ont été utilisées pour détecter l'acide ascorbique et l'acide urique, molécules impliquées dans le mécanisme de défense contre le stress oxydant. Les performances de ces dispositifs ont été évaluées dans des solutions modèles, par comparaison aux résultats obtenus avec des microélectrodes de fabrication manuelle traditionnelle et directement à la surface de la peau.

Les travaux présentés dans ce mémoire décrivent le développement de méthodes analytiques innovantes, reposant notamment sur la mise au point d'électrodes ou de microélectrodes sérigraphiées sensibles. Ces capteurs, obtenus par impression d'une encre à base de carbone sur un support en polymère souple sont des outils attrayants, faciles à produire en masse à̧ moindre coût et à usage unique. L'intérêt de tels capteurs est démontré soit en réalisant le dosage ultrasensible d'un marqueur enzymatique, la phosphatase alcaline (AP), soit en effectuant des dosages par affinité. Une partie de ce travail détaille la réalisation d'électrodes sérigraphiées modifiées en masse par un tensioactif anionique. Ces électrodes échangeuses d'ions permettent la détection nanomolaire des dérivés cationiques phénoliques. Afin d'employer ces capteurs pour le dosage de l'AP, un nouveau substrat de cette enzyme a été synthétisé. Un travail de modélisation mathématique a également été entrepris afin de maîtriser plus rapidement les différents paramètres du dosage de l'AP. Cette approche mathématique, validée par les résultats expérimentaux, nous permet d'envisager une limite de détection femtomolaire de ce marqueur. La réalisation de microélectrodes à bande par sérigraphie constitue une autre partie de ce travail. . . .

Ce travail de thèse a porté sur le développement de réseaux de micro- et nanocapteurs opto-électrochimiques pour la bioanalyse. Ils répondent à la demande grandissante dans le domaine de la recherche et du diagnostic pour des outils permettant de réaliser de multiples analyses simultanément avec des échantillons de faibles volumes. Ces nouvelles biopuces de haute densité sont fabriquées à partir de faisceaux cohérents de fibres optiques. Une des deux faces est micro- ou nanostructurée par une attaque chimique, puis fonctionnalisée avec une sonde biologique. La première biopuce est un réseau de nanocapteurs fluorescents à ADN où les sondes ont été immobilisées grâce aux propriétés d’électropolymérisation du pyrrole. La lecture est réalisée à distance au travers du faisceau d’imagerie. En combinant la technique d’immobilisation avec des microleviers électrochimiques, plusieurs sondes différentes ont pu être adressées sur le même réseau nanostructuré. La seconde biopuce permet d’effectuer des immunodosages multiplexés en utilisant l’imagerie électrochimiluminescente résolue à l’échelle d’une microsphère. Le développement de cette technique permet de combiner les avantages de l’électrochimiluminescence avec des immunodosages multiplexés. L’élaboration de ces réseaux allie différentes techniques physico-chimiques, notamment électrochimiques, pour obtenir des biopuces avec un fort potentiel, grâce à une densité et un degré de multiplexage importants
This work presents the development of optoelectrochemical micro- and nanosensor arrays for bioanalytical applications. These platforms respond to the growing need in research and diagnostic for tools allowing multiple and simultaneous analysis in small-volume samples. These new high density biochips are made from coherent optical fiber bundles: one face is micro- or nanostructured by chemical etching and then functionnalized with biological probes. The first biochip is a fluorescent DNA nanosensor array where probes have been immobilized by electrodeposition of a polypyrrole thin film. The detection of the hybridization is remotely performed through the imaging fiber. Different probes were succesfully addressed onto the same nanostructured array thanks to electrochemical cantilevers. The second biochip allows multiplexed sandwich immunoassays using electrochimiluminescent imaging resolved at the single bead level. In particular, the development of this new readout mechanism allows extending electrochemiluminescent detection for multiplexed immunoassays. Design and implementations of both platforms take advantages of different physical and chemical techniques, especially electrochemical, to obtain biochips with a great potential through high density and high multiplexing level

De nos jours, les biocapteurs électrochimiques constituent des outils rapides, fiables, rentables et sans marquage pour la détection sur site des polluants environnementaux et l’évaluation des critères de sécurité alimentaire et pour la détection des résidus militaires sur le terrain. Nous avons développé des biocapteurs d’affinité basés sur des récepteurs biologiques pour la détection électrochimique de l'estradiol dans des échantillons environnementaux et de molécules odorantes dans l'adultération de viande de porc. Des biocapteurs sensibles, sélectifs, rapides, simples reproductible, stables et efficaces ont été élaborés. En outre, une autre stratégie basée sur des nanomatériaux intégrés a été employée pour élaborer un capteur biomimétique pour la détection d’explosifs, qui a montré de bonnes qualités dans la protection de l'environnement. A la fin du manuscrit, certaines perspectives sont discutées
Nowadays, electrochemical biosensors are rapid, reliable, cost-effective and label-free tools for in field monitoring of environmental pollutants, for assessing the food safety criterion and for detection of the territory military residues. We developed biological receptors based affinity biosensors for electrochemical detection of estradiol in environment samples and odorant molecules in pork meat adulteration. The sensitive, selective, rapid, simple, repetitive, stable and effective biosensors were produced. In addition, another strategy entrapment based on integrated nano-material was used to produce a biomimetic sensor for explosives detection, which has shown good valuable in environmental protection and homeland security. In the end, certain significant prospective are discussed