Synthès de nano-films bio-fonctionnels pour l'immobilisation spécifique d'espèces biologiques

Synthesis of biofunctionalized nanofilms for the immobilization of biomolecules

• Auteur / Autrice : Yannick Mousli
• Direction : Luc Vellutini
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique
• Date : Soutenance le 11/12/2017
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences Moléculaires (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Sophie Lecomte
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Luc Vellutini, Sophie Lecomte, Vincent Humblot, Thierry Tron, Eléna Ishow, Emilie Genin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vincent Humblot, Thierry Tron

Mots clés

Mots clés contrôlés

Monocouches moléculaires autoassemblées

Biocapteurs

Chimie click

Silicium -- Composés organiques

Biotine

Biofonctionnalisation

Fonctionnalisation des surfaces (chimie)

Mots clés libres

Monocouches auto-assemblées (SAMs)

Bio-capteurs

Hydrosilylation

Biotine

Azoture

Chimie click

Biofonctionnalisation

Self-assembled monolayers (SAMs)

Biosensors

Hydrosilylation

Biotin

Azide

Click chemistry

Biofunctionalization

Résumé

Le contrôle des propriétés physicochimiques et de l’état de surface des solides constituent un enjeu majeur pour le développement des biotechnologies, et notamment des bio-capteurs. Pour des applications en analyse et diagnostic biologique, la fonctionnalisation des surfaces à base de silicium peut être réalisée grâce à la formation d’un nano-film organique appelé SAM (Self-Assembled Monolayer). L'objectif de ce travail de thèse est ainsi de synthétiser des monocouches sur des substrats de silice afin de les rendre biofonctionnels en vue de développer une plateforme de biodétection polyvalente.Pour ce faire, deux types d'agents de couplages ont été envisagés : l'un possédant un motif azoture et l'autre une biotine. L’obtention de ces deux types de molécules a fait l’objet d’un travail de synthèse permettant d’aboutir à de nouveaux organosilanes fonctionnels directement greffables sur des surfaces de SiO2. La biofonctionnalité est introduite sur le substrat par la biotine, soit directement lors de la formation de la SAM, soit par chimie click sur les monocouches fonctionnalisées par des azotures.Les différentes surfaces obtenues ont ensuite été caractérisées par Spectroscopie Infrarouge de Réflexion–Absorption par Modulation de Polarisation (PM-IRRAS) et par Microscopie de Force Atomique (AFM). La bioactivité des SAMs biotinylées a enfin été évaluée par un protocole mettant en jeu une streptavidine modifiée par une enzyme (la HRP) capable de catalyser des réactions d’oxydoréduction de molécules chromogènes.

Control of surface physicochemical properties is a key aspect for the development of many biotechnological tools, such as biosensors. For analysis and diagnostic, the functionalization of silica-based surfaces may be carried out through the creation of an organic nano-film named a Self-Assembled Monolayer (SAM). The main goal of this PhD work is thus to synthesize monolayer on SiO2 substrates in order give them biofunctionality, aiming at developing a versatile biodetection platform.In order to do so, we focused on the synthesis of two types of coupling agents, either bearing an azide moiety or a biotin. This organic synthesis work led to two new sorts of functional organosilanes which can be directly grafted onto silica surfaces. Biofunctionality itself is introduced by the biotin, either through the formation of the monolayer or through click chemistry on azide-functionalized SAMs.Said surfaces were then fully characterized using Polarization Modulation Infrared Reflection-Absorption Spectroscopy (PM-IRRAS) an Atomic Force Microscopy (AFM). Bioactivity of biotinylated surfaces was then monitored using streptavidin conjugated with HRP in order to catalyze the redox reaction of chromogenic substrates.