Miniaturized devices for bioanalysis : case of nitric oxide stored as S-nitrosothiols in biological fluids

par Abdul Ghani Ismail

Thèse de doctorat en Chimie analytique

Sous la direction de Fethi Bedioui et de Anne Varenne.

Soutenue le 17-10-2016

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Chimie moléculaire de Paris-Centre , en partenariat avec Unité de Technologies Chimiques et Biologiques pour la Santé (laboratoire) .

Le jury était composé de Susan Lunte, Daniel Regis, Emmanuel Maisonhaute, Stéphanie Descroix, Sophie Griveau.

  • Titre traduit

    Dispositifs miniaturisés pour l'analyse de biomolécules : cas du monoxyde d'azote stocké sous forme de s-nitrosothiols dans les fluides biologiques


  • Résumé

    Les S-nitrosothiols (RSNOs) sont considérés comme des stocks circulant de monoxyde d'azote (NO) et qui ont de nombreux rôles in vivo. Une variation de la proportion des taux de RSNOs a été démontrée dans de nombreuses maladies. Il est donc important de pouvoir identifier et quantifier chaque RSNO dans les fluides biologiques pour la réalisation de diagnostics médicaux. Il devient alors intéressant de développer des outils analytiques pour la détermination des RSNOs, en utilisant de faibles volumes d'échantillons biologiques. Ce travail de thèse a ainsi été orienté vers le développement d'outils analytiques miniaturisés pour l'analyse des RSNOs dans les fluides biologiques, en se focalisant sur la conception de micro-dispositifs (laboratoires sur puce), intégrant toutes les étapes de l'analyse, à savoir l'injection, la séparation, la décomposition et la détection sur un seul et même dispositif pour l'identification et la quantification des RSNOs. Pour cela, chaque étape a dû être optimisée. Ainsi, une meilleure compréhension de la réactivité des RSNOs, en terme de voies de décomposition et de cinétique, a été étudiée en développant deux méthodologies basées sur l'électrophorèse capillaire (CE) couplée soit à la spectrométrie de masse (MS) soit à une détection par mesure de conductivité sans contact à couplage capacitif (C4D). Par la suite, les conditions de décomposition et la détection sensible du NO libéré ont été réalisées en utilisant des microcapteurs électrochimiques à NO. Sur la base des résultats obtenus, deux stratégies originales ont été développées pour la détection de la totalité des RSNOs présents dans le plasma (i) via la décomposition des RSNOs en utilisant des nanoparticules d’or couplées à des microcapteurs NO et (ii) via la conception d’un dispositif miniaturisé de diagnostic sur papier. Finalement, grâce à l’optimisation des étapes de décomposition, de séparation et de détection, une étude préliminaire a été menée pour concevoir une micropuce d’électrophorèse intégrant la décomposition des RSNOs et une détection électrochimique afin de quantifier indépendamment différents RSNOs.


  • Résumé

    S- nitrosothiols (RSNOs) are considered as biological circulating stock of nitric oxide (NO) that have many roles in vivo. The variation of RSNOs proportion has been recognized in many diseases, so that the identification and quantitation of each RSNO in biological fluids is of prime importance. There is thus interest for the development of analytical tools for their determination, using low biological sample volumes. This PhD work was thus orientated towards the development of miniaturized analytical tools for the analysis of RSNOs in biological fluids, with a focus on microdevices (lab-on-a-chip), by integrating the injection, separation, decomposition and detection steps for the simultaneous identification and quantitation of various RSNOs. To this aim, a better understanding of RSNO reactivity, in terms of decomposition, was necessary and was assessed by developing two methodologies based on capillary electrophoresis (CE) coupled to different detection techniques: mass spectrometry (MS) and capacitively coupled contactless conductivity detection (C4D). Then, the conditions for RSNOs decomposition and further sensitive detection of released NO by miniaturized electrochemical NO-sensors were determined. Finally, two original strategies were developed for the detection of the total amount of RSNOs in plasma (i) decomposition using gold nanoparticles and (ii) conception of miniaturized paper-based point of care device. Thanks to the optimization of decomposition, separation and detection steps, preliminary work was conducted to develop a microchip electrophoresis coupled to RSNOs decomposition to quantify separately the different RSNOs.


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