Détection fluorimétrique en circuit microfluidique des ions Pb2+, Hg2+ et Cd2+ en milieu aqueux

par Djibril Faye

Thèse de doctorat en Sciences physiques et chimiques

Sous la direction de Isabelle Leray.

Le jury était composé de Isabelle Ledoux-Rak, Sabine Brunklaus, Jacques Delaire.

Les rapporteurs étaient Stéphanie Legoupy, Olivier Soppera.


  • Résumé

    Ce travail de thèse s’inscrit dans le cas d’un projet européen nommé « microfluiD ». Ce projet vise principalement la détection des polluants organiques par voie microfluidique (les micotoxines dans les aliments de bétail, les bactéries et les métaux lourds). Devant les dangers écologiques des ions Pb2+, Hg2+ et Cd2+ dans l’environnement, il est important de multiplier le nombre d’analyses dans les eaux du robinet. L’utilisation de la fluorescence et des microlasers organiques présente de nombreux avantages. Outre leur faible coût, leur sensibilité ainsi que leur sélectivité, il est possible de concevoir à partir de ces techniques des dispositifs transportables sur le terrain. Deux approches sont principalement développées : Une première est basée sur la fluorescence - elle a consisté à synthétiser des ligands fluorescents de type DPPS-PEG et CalixDANS-3-OH pour la détection du mercure et du plomb. Les études de la complexation des ions Hg2+, Pb2+ ont d’abord été effectuées en solution. La complexation de Cd2+ en circuit microfluidique à partir du composé commercial Rhod-5N a aussi été étudiée. Des résultats très prometteurs ont été obtenus pour la détection de Hg2+ par DPPS-PEG. Nous avons aussi étudié la possibilité de détecter Pb2+ à partir du CalixDANS-3-OH greffé sur les parois du circuit microfluidique. Malgré une dégradation de la sonde, nous avons réussi à détecter une faible concentration de plomb. Une très bonne sélectivité vis-à-vis des cations interférents testés a été obtenue. La seconde approche est basée sur la détection par microlasers. Nous avons synthétisé deux copolymères blocs pour la détection du plomb et du mercure. Des problèmes de solubilité nous empêchant de fabriquer des microcavités organiques à partir de ces polymères, une deuxième stratégie consistant à greffer les ligands spécifiques de Pb2+ et de Hg2+ sur les microcavités laser PMMA a été développée. Cette dernière nous a permis d’apporter une preuve de principe pour de la détection du mercure en fonctionnalisant le mercaptopropyltriéthoxysilane à la surface du PMMA. Ce travail nous a aussi amené à synthétiser des colorants laser à base de Bodipy pour la fabrication des microcavités lasers par polymérisation à deux photons (2PP).

  • Titre traduit

    Fluorimetric detection of Hg2+, Pb2+ and Cd2+ in water by microfluidic device


  • Résumé

    This thesis is supported by a European project called «microfluiD» for the detection of organic pollutants by microfluidic devices (mycotoxins in animal feed, bacteria and heavy metals). Because of hazards Pb2+, Hg2+ and Cd2+ ions in the environment, it is important to increase the number of assays in tap water. The use of fluorescence or microlaser has many advantages: in addition to their low cost, sensitivity and selectivity, it is possible to design portable devices based on these systems in the field. Two approaches are mainly developed in this work: The first one is based on fluorescence. Two fluorescent sensors were synthesized: CalixDANS-3-OH for Pb2+ detection and DPPS-PEG for Hg2+ detection. Complexation of Hg2+and Pb2+ was at first performed in solution. The complexation of Cd2+ in microfluidic device from the commercial compound Rhod-5N is studied and very promising results of Hg2+ sensing by DPPS-PEG are obtained. We also studied the possibility to detect Pb2+ by CalixDANS-3-OH grafted onto the walls of the microfluidic device. Despite a degradation of the probe, we were able to detect low concentrations of Pb2+. A very good selectivity towards several interfering cations was obtained. The second approach is based on the use of microlasers. We synthesized two porous block polymers for Pb2+ and Hg2+ detection. Because of a bad solubility of the copolymers,, we didn’t succeed to fabricate microcavities from these polymers. A second strategy which consists in grafting the specific ligands of Pb2+ and Hg2+ on the PMMA microcavity is very promising. Proof of principle of the detection of Hg2+ is obtained by functionalizing mercaptopropyltriethoxysilane on the surface of PMMA. This work also led us to synthesize Bodipy laser dyes for the manufacturing of microcavities by two-photon polymerization (2PP).


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