Mise en oeuvre des surfaces spécifiques en vue de la détection de bactéries pathogènes par diffusion Raman

Elaboration of functionalized surfaces in the aim of pathogenic detection by Raman scattering

• Auteur / Autrice : Rosine Pélagie Kengne-Momo
• Direction : Philippe Daniel, Etienne Dongo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 06/05/2011
• Etablissement(s) : Le Mans en cotutelle avec Université de Yaoundé I
• Partenaire(s) de recherche : : Université du Maine (Le Mans). UFR de sciences exactes et naturelles
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique de l'état condensé (Le Mans) - Laboratoire de chimie organique (Yaoundé) - LPEC

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biocapteurs

Microbalances

Raman, Effet

Biomolécules

Fonctionnalisation des surfaces (chimie)

Mots clés libres

Microbalance à cristal de quartz

Immobilisation de biomolécules

Biomolecules immobilization

Quartz Crystal Microbalance

Résumé

L’objectif de cette thèse est de synthétiser de nouvelles surfaces spécifiques nécessaires à l’immobilisation des biomolécules ; visant à développer à terme un biocapteur pour la détection de pathogènes en industrie agroalimentaire. Cette nouvelle procédure de fonctionnalisation de surface consiste d’une part à greffer des molécules organiques sur un substrat métallique à partir d’une réaction électrochimique et d’autre part de synthétiser un monomère photopolymérisable sur tout type de surface. Ces surfaces sont enfin utilisées pour immobiliser les biomolécules. Ce procédé ainsi développé permet d’éliminer les multiples étapes, l’utilisation excessive de réactifs observés dans les protocoles classiques de fonctionnalisation de surface pour la capture de microorganismes. Deux stratégies de fonctionnalisation ont été investiguées : la polymérisation sur une plaque de platine et le dépôt de monocouche sur une surface d’or. La fonctionnalisation de surfaces ainsi que l’immobilisation de biomolécules ont été caractérisées par la spectroscopie Raman, la microbalance à cristal de quartz, la microscopie à force atomique (AFM) pour le premier et en plus la microscopie à fluorescence pour le second. Les résultats de la fonctionnalisation de surfaces par dépôt de polymère ont montré, une déstabilisation du polymère en présence de l’eau. Afin d’optimiser la synthèse, nous avons travaillé en milieu inerte, sous alumine activée. De plus, on note une large couverture de la zone spectrale des biomolécules par les signaux du polymère ; Pour le dépôt de monocouche, l’on a obtenu une surface très réactive, homogène. La diffusion Raman est la principale technique de caractérisation utilisée. Elle présente l'avantage d'être une méthode de caractérisation physico-chimique non destructive et non invasive. Longtemps délaissée dans les sciences du vivant, cette méthode apparaît maintenant particulièrement prometteuse grâce à un développement récent de spectromètres intégrés performants. La diffusion Raman sur la monocouche déposée montre une intensité accrue des signaux par l’utilisation de la surface d’or et un spectre plus dégagé conduisant à l’identification aisée des biomolécules après fixation. Elle permet non seulement d’identifier les bandes de vibrations de chaque groupement mais aussi la conformation des structures. Les résultats d’immobilisation ont montré que l’accroche des biomolécules sur les surfaces fonctionnalisées était spécifique. La fonctionnalisation de surface d’or par dépôt de monocouche constitue finalement une technique très rapide à mettre en œuvre, peu coûteuse permettant d’ancrer efficacement les biomolécules et peut être utilisée pour diverses applications. La synthèse du monomère photopolymérisable a été abordée et est en cours d’investigation.

In food processing industry, detecting bacteria or viruses is crucial. Nowadays, it can be achieved with microbiological tests but, it requires several days. The objective of the project was to synthesize new specific surfaces capable of biomolecules immobilization in order to develop a biosensor for the detection of various pathogenics in food-processing industry. This new procedure of surface functionalisation consists on one hand in anchoring organic molecules on a metallic substrate by an electrochemical reaction and on the other hand to synthesize a photocrosslinkable monomer on every type of surface. These surfaces are finally used to immobilize biomolecules. Two strategies of surface functionalisation were investigated: the polymerization on a platinium surface and the deposition of monolayer on a gold surface. Both processes were characterized by spectroscopy Raman, Quartz Crystal Microbalance, Atomic Force Microscopy and Fluorescence Microscopy. The results of the functionalisation of surfaces by deposition of polymer showed a destabilization of the polymer in presence of water. To optimize the synthesis, we worked in sluggish middle, under activated alumina. Furthermore, we noted a wide coverage of the spectral zone of biomolecules by the signals of the polymer; For the monolayer deposition, we obtained a very reactive and homogeneous surface. The Raman spectroscopy was the main technique used to the characterization. It presented the advantage to be a non-destructive and non invasive physico-chemical method. This method seemed now particularly promising due to a recent development of successful integrated spectrometers. Raman Spectroscopy showed an enhanced intensity of the signals by the use of the gold surface and a more clear spectrum well-to-do identification of biomolecules after binding. It allowed not only the identification of the bands of vibrations of every connection but also the conformation of the structures. The results of the immobilization showed that the grafting of biomolecules on functionalised surfaces was specific and efficient. The functionalisation of gold surface by monolayer deposition constituted at the end an efficient and low cost technique allowing to anchor biomolecules and can be used for multitude applications. The last step consisting of the synthesis of photocrosslinkable monomer was started and still investigated.