Synthèse de matériaux hybrides par procédé sol-gel : optimisation des interactions biomolécules-matrice

Synthesis of hybrids materials by sol-gel process : optimization ofbiomolecule-matrix interactions

• Auteur / Autrice : Jean-Marie Ringeard
• Direction : Pascal Griesmar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie - Cergy
• Date : Soutenance le 16/12/2013
• Etablissement(s) : Cergy-Pontoise
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Systèmes et applications des technologies de l'information et de l'énergie (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2002-....)
• Jury : Président / Présidente : Thibaud Coradin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lyubov Yotova, Emmanuel Caplain
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Nicole Orange, Michel Grisel

Mots clés

Mots clés libres

Matériaux

Biocompatible

Procédé Sol-Gel

Interactions

Biomolécule

Matrice

Material

Biocompatible

Sol-Gel process

Interaction

Biomolecule

Matrix

Résumé

Le contrôle de la qualité des ressources en eau nécessite des outils de détection en continu et in situ. Dans ce contexte, les biocapteurs sont prometteurs dans le développement de nouveaux systèmes pour une détection précoce. On peut citer deux exemples dans des domaines aussi variés que la détection précoce de corrosion bactérienne ou la détection de la formation d'espèces biologiques responsables de maladies dégénératives.Ce travail propose la conception et la réalisation d'un biocapteur pour la détection de molécules d'intérêt biologiques. La réalisation de ce biocapteur est basée sur le dépôt de matériaux hybrides organiques/inorganiques à la surface d'un transducteur piézoélectrique.La première étape consiste à développer des matériaux fonctionnalisés innovants permettant l'encapsulation d'espèces biologiques. Pour cela deux voies ont été étudiées. La première passe par l'utilisation d'un acrylate type ''acide aminé'' le N-acryloyglycine (NAGly) permettant la synthèse de matériaux sous forme de film. La seconde utilise un autre type d'acrylate, le N-acryloxysuccinimide (NAS) couplé au 2-hydroxyethylacrylate (HEA) aboutissant un hydrogel fonctionnalisé. Les différentes mesures montrent que dans tous les cas, ces réseaux sont interpénétrés et permettent l'encapsulation de biomolécules.Pour la détection de ces espèces, un biocapteur piézoélectrique est développé dans la deuxième étape. Un dispositif expérimental développé au laboratoire assure la mesure et le suivi de l'évolution des propriétés viscoélastiques d'un matériau en contact avec un transducteur piézoélectrique. En effet, ces propriétés caractéristiques sont extraites à partir d'un modèle électrique original tenant compte simultanément des évolutions électriques et mécaniques du matériau. Ce capteur (transducteur + matériau déposé en surface) mis au contact avec les biomolécules permet leur détection et quantification.Les résultats montrent une corrélation entre le module visqueux du biocapteur et la concentration en biomolécules du milieu en contact. Cette corrélation est une première étape vers le développement d'un biocapteur piézoélectrique pour la détection et la quantification sélective de différentes espèces biologiques en solution.

The control of the quality of water resources requires tools for continuous and in-situ detection. In this context, biosensors are interesting in the development of new systems for early detection. For examples we can note the interest in the early detection of bacterial corrosion or the formation of biological species responsible of degenerative diseases.This work proposes the design and implementation of a biosensor for the detection of biological molecules. The realization of this biosensor is based on the deposition of organic/inorganic materials on the surface of a piezoelectric transducer.The first step is the development of innovative functionalized materials for encapsulation of biological species. For this, two approaches have been studied. The first involves the use of an ''amino acid'' acrylate, the N- acetylglycine (Nagly) for the synthesis of thin film. The second uses an other acrylate, the N- acryloxysuccinimide (NAS) copolymerized with 2- Hydroxyethyl acrylate (HEA) to form a functionalized hydrogel. The different measures show that in all cases, these networks are interpenetrating and allow the encapsulation of biomolecules.For the detection of these species, a piezoelectric biosensor is developed in the second step. An experimental device, developed in the laboratory, measures and monitors the evolution of the viscoelastic properties of a material in contact with a piezoelectric transducer. Indeed, these characteristics are extracted from an original electric model that take into account simultaneous electrical and mechanical changes in the material. This sensor (transducer and material deposited on the surface) in contact with biomolecules, enables the detection and quantification of these biomolecules.The results show a correlation between the viscous modulus of the biosensor and the concentration of biomolecules in contact. This correlation is a first step in the development of a piezoelectric biosensor for detection and selective quantification of different biological species in solution.