Conception et développement d'un capteur électrochimique à base de polymères conducteurs à mémoire de forme pour la détection de petites molécules : application au cas de l'atrazine

Development of an electrochemical sensor based on molecular imprinted conducting polymers for the detection of small organics molecules and synthesis and characterization of new thiophene monomers for electrochemical sensor

• Auteur / Autrice : Elodie Pardieu
• Direction : Christine Pernelle
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et techniques analytiques
• Date : Soutenance le 16/07/2010
• Etablissement(s) : Paris, CNAM
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Arts et Métiers (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Conception de Capteurs Chimiques et Biologiques (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Alain Guy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christine Pernelle, Pedro De Olivieira, Valérie Pichon-Comparot, Peter I. Dalko, Michel Evers, Fabien Miomandre, Samy Remita
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Pedro De Olivieira, Valérie Pichon-Comparot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polymères

Capteurs (technologie)

Mots clés libres

Capteurs

Électropolymérisation

Polymères conducteurs

Détection molécules

Capteur électrochimique

Sensor

Electro-polymerization

Conductor polymers

Molecule detection

Electrochemical sensor

Résumé

Les besoins d’outils d’analyse et de contrôle de plus en plus performants en termes de spécificité et sensibilité favorisent le développement des capteurs chimiques et des biocapteurs. Ce travail, s’inscrivant dans ce contexte, a conduit au développement d’un capteur électrochimique à base de polymères conducteurs dédiés à la détection de molécules de faible poids moléculaire. Celui-ci repose sur l’association entre les propriétés de reconnaissance des polymères à empreintes moléculaires et celles de conduction des polymères conducteurs obtenant ainsi un capteur à base de polymères conjugués à mémoires de forme le SMP. Le polymère est obtenu en deux étapes i) une électropolymérisation sur une électrode de platine de l’EDOT avec le pré-complexé formé par l’acide thiophène-3-acétique avec atrazine via des liaisons hydrogène ii) l’extraction de l’atrazine créant des sites à mémoire de forme. Le SMP développé présente une gamme de concentration de 2,5.10-6 M à 5.10-3 M avec un seuil de détection de l’ordre du µM et une sélectivité vis-à-vis de la famille des triazines. Afin d’améliorer les performances de ce capteur et d’élargir le choix de cibles à détecter la synthèse de terthyènyle constitués de l’EDOT de part et d’autre d’un thiophène central fonctionnalisé en β a été réalisé. Ces trimères présentant des pics d’oxydation vers les 0,7 V / Ag/AgNO3 permettent d’envisager le développement de nouvelles fonctionnalités avant ou post-polymérisation tout en ayant un contrôle de la stœchiométrie et de la répartition des groupements fonctionnels.

A rapidly increasing interest is actually devoted in the literature to the design of new analytical and control devices able to form efficient chemical sensors. Thus the aim of our work was the design and the development of an electrochemical sensor based on intrinsically molecularly imprinted conducting polymer for the selective and sensitive detection of small target molecules. This goal will be achieved by the used of the recognition properties of moleculary imprinted polymer, together with the electrical conduction of conducting polymer. An original electrochemical sensor based on shape memory polymer has been constructed. This sensor has been realized following two steps: (i) a frst electropolymerisation on a platinum electrode of two co-monomers Thiophene acetic acid TAA already associated through H bonding to the atrazine target and EDOT which is intinded to play the role of conjugated link between the TAA moieties and (ii) removal of atrazine from the resulting conjugated polymer, leaving recognition sites with shape memory. The obtained sensor shows remarkable properties: a high selectivity towards the triazinic family, a large detection dynamic (2.5x10−6 to 5x10−3 M) and a low detection threshold (10−6 M). In order to increase the efficiency of this sensor and to allow the detection of a wide range molecular targets, a terthienyl, i.e. two EDOT units on both sides of the -functionalized thiophene units has been syntesized. These trimers possess an oxydation peak at about +0.7 V/ Ag/AgNO3, allowing the potential development of new pre or post polymerisation functionalities, still controling of the stoechiometry and the distributuion of functional groups.