Intégration de matériaux nanostructurés dans la conception et la réalisation de biocapteurs sans marquage pour la détection de cibles d'intérêt

par Quentin Palomar

Thèse de doctorat en Chimie physique moléculaire et structurale

Sous la direction de Michael Holzinger et de Robert S. Marks.

Soutenue le 06-12-2017

à Grenoble Alpes , dans le cadre de Chimie et Sciences du Vivant , en partenariat avec Département de chimie moléculaire (Grenoble) (laboratoire) .

Le président du jury était Laurent Dessemond.

Le jury était composé de Chantal Gondran, Carole Baffert, Serge Cosnier.

Les rapporteurs étaient Carole Chaix, Hubert Perrot.


  • Résumé

    Le but principal de ces travaux de thèse fut la conception et la réalisation de biocapteurs par utilisation de méthodes de transduction sans marquage, comme la spectroscopie d’impédance électrochimique (EIS), pour la détection de cible d’intérêts. Pour cela, différentes architectures moléculaires, spécifiques à la molécule d’intérêt ciblée, ont été développées afin de permettre la transduction du signal issu de la reconnaissance entre le biorécepteur et son substrat, et conduire ainsi à la détection de la cible.Les systèmes mis au point reposent sur l’intégration de nanomatériaux, tels que les nanotubes de carbones ou le disulfure de tungstène, pour assurer l'immobilisation de l'entité biospécifique à la surface du capteur. L’intérêt de ces matériaux est multiple puisqu’ils permettent une très forte augmentation de la surface spécifique du système et sont également mis à contribution lors de la fonctionnalisation de la surface de l’électrode. Un des grands défis rencontré dans le développement des biocapteurs étant la stratégie d'immobilisation de l'entité biospécifique sur la surface du capteur.Ces travaux se sont donc dans un premier temps intéressés à la réalisation et à la caractérisation de films minces de ces nanomatériaux ainsi qu’à leur transfert à la surface d’une électrode. Dans ce contexte, le but est de concevoir des bioarchitectures poreuses à base de polymères fonctionnels électrogénérés autour des nanostructures de carbone permettant la pénétration de grandes biomolécules comme des anticorps pour développer des immunocapteurs de haute performance.La seconde partie de ce travail s’est donc orientée vers la conception de biocapteurs par utilisation de ces différents matériaux. La fiabilité du procédé de la construction de ces nanostructures poreuses a été validée par la conception de systèmes immunologiques pour la détection de l’anticorps de l’antitoxine du choléra et l’anticorps de la toxine de la dengue.Enfin, un dernier biocapteur enzymatique, s’appuyant sur l’utilisation de nano-bâtonnets de disulfure de tungstène, a été développé. Ce dernier permet la détection de deux molécules d’intérêts, à savoir le catéchol et la dopamine, par utilisation de la polyphénol oxydase.

  • Titre traduit

    ntegration of nanostructured materials into the design and realization of biosensors without marking for the detection of targets of interests


  • Résumé

    The main purpose of this work was the design and the development of biosensors by using non-marking transduction methods, such as electrochemical impedance spectroscopy (EIS), for the detection of targets of interests. To this end, various molecular architectures have been developed to allow the transduction of the signal resulting from the recognition between the bioreceptor and its substrate, and thus lead to the detection of the target.The systems developed are based on the integration of nanomaterials, such as carbon nanotubes or tungsten disulfide, to ensure the immobilization of the biospecific entity at the surface of the sensor. The advantages of these materials are multiples, since they allow a very large increase in the specific surface area and are also used in the functionalization of the surface of the electrode. Indeed, one of the major challenges encountered in the development of biosensors is the strategy involved in the immobilization of the biospecific entity on the surface of the sensor.This work was initially interested in the realization and characterization of thin films of these nanomaterials as well as their transfer to the surface of an electrode. In this context, the aim is to design porous bioarchitectures based on electrogenerated functional polymers around carbon nanostructures allowing the penetration of large biomolecules such as antibodies to develop high-performance immunosensors.The second part of the work was oriented towards the design of biosensors using these different materials. The reliability of the process has been validated by the design of immunological systems for the detection of the anti-cholera toxin antibody and dengue toxin antibody.Finally, a last enzymatic biosensor, based on the use of tungsten disulfide nano-sticks, has been developed. The latter allows the detection of two molecules of interest, catechol and dopamin, by the use of polyphenol oxidase.


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