Development of Conductive Nanocomposite Sensors for Anticipated Diagnostic of Diseases

par Sananda Nag

Thèse de doctorat en Science & Ingénierie des Matériaux

Soutenue le 19-09-2014

à Lorient , dans le cadre de École doctorale Santé, information-communication et mathématiques, matière (Brest, Finistère) , en partenariat avec Université européenne de Bretagne (PRES) et de Laboratoire d'Ingénierie des Matériaux de Bretagne (laboratoire) .

Le président du jury était Tristan Montier.

Les rapporteurs étaient Philippe Guégan, Christopher Ewels.

  • Titre traduit

    Développement de senseurs nanocomposites polymères conducteurs pour le diagnostic anticipé de maladies


  • Résumé

    L'analyse de COV spécifiques dans l'haleine (identifié comme biomarqueurs de maladies telles que lecancer) donne une idée de l’activité métabolique et physiologique d'un individu et peut fournir undiagnostic anticipé non-invasif et potentiellement peu coûteux de plusieurs maladies dont le cancer.Mais avant que des tests médicaux ne puissent devenir une réalité clinique, il est nécessaire dedévelopper une technique d’analyse rapide, fiable, économique et portable. Les réseaux de senseurs(nez électroniques) à base de nanomatériaux qui peuvent satisfaire toutes ces exigences, constituentl’élément clef de l'identification des maladies par leur empreinte de COV dans l'haleine. L'objectif decette thèse est de fabriquer différents senseurs chemo-résistifs à base de nanocomposites conducteursayant la capacité de discriminer un ensemble de maladies (comme le cancer du poumon) par l’analysede leur biomarqueur (COV). Par conséquent, afin de fabriquer des senseurs de haute performance avecune grande sensibilité (ppb) et une sélectivité adaptée aux COV ciblés, différentes méthodologiesd’élaboration de nanocomposites conducteur, ont été implémentées. Des fonctionnalisations covalenteset non-covalentes de ces nanomatériaux de carbone ont été réalisées avec différents types demolécules, i.e., oligomères, polymères ou minérales afin d’ajuster la sélectivité et la sensibilité descapteurs. La nanodéconnection des jonctions du réseau percolé formé par les nanocharges de carbone aainsi pu être contrôlée en faisant varier la fonctionnalité chimique de leur surface. Finalement unensemble de senseurs de vapeur chemorésistifs de hautes performances, ayant une sélectivité pour lesbiomarqueurs du cancer du poumon ont pu être fabriqués et intégrés avec succès dans un nezélectronique.The


  • Résumé

    The analysis of specific VOC in exhaled breath (identified as biomarkers of specific disease like cancer)give an idea of metabolic and physiological activities of an individual and can provide non-invasive andpotentially inexpensive anticipated diagnosis of several diseases including cancer. The invention of afast, reliable, economic and portable technique is highly required before breath testing become a clinicalreality. Nanomaterial based sensor arrays can fulfill all these requirements and can form a solidfoundation for identification of disease related VOC patterns in exhaled breath. The objective of thisthesis was to fabricate different chemo-resistive sensors based on conductive nanocomposites withability to differentiate and discriminate a set of disease (such as lung cancer) biomarker VOC. Thereforein order to fabricate high performance sensors with high sensitivity and required selectivity towardstargeted VOC, adoption of different methodologies for the synthesis of conductive nanocomposite, wasstrongly emphasized.Covalent and noncovalent functionalizations of these carbon nanomaterials with various oligomeric,polymeric or inorganic molecules were done in order to tune the sensor’s selectivity and sensitivity.Nanoswitching at the junctions of percolated network formed by the carbon nanomaterials could becontrolled by varying the organic functionality on the surface.Finally a set of high performance chemoresistive vapour sensors, with different selectivity towardstargeted lung cancer VOC could be fabricated and successfully integrated in an e-nose with highefficiency towards detection and discrimination of a set of disease specific VOC biomarkers.


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