High-performance electrochemical detection of reactive oxygen/nitrogen species inside microfluidic devices : application for monitoring oxidative stress from living cells

par Yun Li

Thèse de doctorat en Electrochimie

Sous la direction de Christian Amatore et de Laurent Thouin.

Soutenue le 17-09-2014

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris) , en partenariat avec Processus d'Activation Sélective par Transfert d'Energie Uni-électronique ou Radiatif (laboratoire) .

Le jury était composé de Fethi Bedioui, Pierre Gros, Bruno Le Pioufle, Didier Devilliers.

  • Titre traduit

    Détection électrochimique à haute performance d’espèces réactives de l’oxygène et de l’azote à l’Intérieur de dispositifs microfluidiques : application au stress oxydant de cellules vivantes


  • Résumé

    Avec les avantages intrinsèques de l'électrochimie et les progrès sans précédent dans l'instrumentation, les microélectrodes jouent un rôle de premier plan dans l'analyse du comportement de cellules vivantes. Aujourd'hui, la microfluidique gagne également en popularité en raison de la possibilité d'effectuer l'ensemble de l'expérience de bioanalyse dans un dispositif automatisé. Dans cette thèse, la fabrication de microbandes Pt/noir-Pt a été optimisée pour détecter les espèces ROS/RNS durant le stress oxydant. Celles-Ci ont été intégrées dans des microdispositifs en PDMS-Verre afin d'analyser la libération de quatre composés clés (i.e., H2O2, ONOO-, NOo, et NO-2) à partir de populations de cellules. Les performances analytiques ont été évaluées suivant la géométrie des dispositifs et les conditions hydrodynamiques. Le contrôle des réponses électrochimiques par le transport de masse a été validé par comparaison avec des prédictions théoriques. Des détections simultanées de ROS/RNS libérées par des macrophages ont ensuite été réalisées sous deux configurations différentes de dispositifs. Des résultats reproductibles et statistiquement pertinents ont été obtenus en seulement quelques expériences. Ces microdispositifs permettent de caractériser facilement le comportement moyen de populations de cellules. Cette étude préalable ouvre la voie à un très large champ d'applications bioanalytiques intégrant des détections électrochimiques à haut débit pour le suivi de cellules vivantes.


  • Résumé

    With intrinsic benefits of electrochemistry and unprecedented progress in instrumentation, microelectrodes are playing prominent roles in the analysis of living cells behaviors. Nowadays, microfluidics also gains in popularity due to the feasibility of performing the entire bioanalytical experiment within an automated device. In this thesis, fabrication of Pt/Pt-Black microband electrodes was thus optimized to detect ROS/RNS species during oxidative stress. They were integrated into PDMS-Glass microdevices in order to analyze four key compounds (i.e., H2O2, ONOO–, NO•, and NO–2) released from cells populations. High analytical performances were first evidenced according to the devices geometry and hydrodynamic conditions. The control of the electrochemical responses by mass transport was validated through comparison with theoretical predictions. Simultaneous detections of ROS/RNS release from macrophages were then carried out under two different configurations of microdevices. Reproducible and statistically relevant results were obtained within only few experiments. These microdevices allow for easy characterizations of average behaviors of cells populations. This study paves the way to a very broad field of bioanalytical applications integrating electrochemical detections for high-Throughput monitoring of living cells


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