Micro et Nano structuration du Poly(pyrrole) sur substrat polymérique : développement d’immunocapteur pour la détection des biomarqueurs du cancer

par Alvaro Garcia Cruz

Thèse de doctorat en Bio et Nano technologies

Sous la direction de Abdelhamid Errachid El Salhi.

Soutenue le 03-07-2015

à Lyon 1 , dans le cadre de École Doctorale de Chimie (Lyon) , en partenariat avec Laboratoire des Sciences Analytiques. Lsa (laboratoire) .

Le président du jury était Didier Léonard.

Le jury était composé de Abdelhamid Errachid El Salhi, Monique Sigaud, Jean-Christophe Cau.

Les rapporteurs étaient Emmanuel Delamarche, David Peyrade.


  • Résumé

    Les techniques non-conventionnelles de lithographie ont fait depuis deux décennies une entrée remarquée dans les sciences de l'ingénierie. Elles sont considérées aujourd'hui comme un enjeu majeur pour le développement des dispositifs. L'objectif principal de cette thèse est d'explorer de nouvelles voies pour la conception des micro&nanabiocapteurs en procédant à des impressions de poly(pyrrole) (PPy) à haute résolution par microtamponnage assisté par polymérisation catalytique (nanoCP-CCP) sur des substrats polymériques (poly(téréphtalate) d'éthylène (PETE), Copolymère d'oléfine cyclique (COC), polyétheréthercétone (PEEK), poly(éthylène 2,6-naphtalate (PEN) et le polyamide (PI)). Dans un premier temps, nous avons mis au point différentes techniques d'impression (greffage par impression, impression adressée et impression directe) et des conditions de polymérisation pour moduler les caractéristiques de PPy micro et nano-structurés, afin de contrôler la taille, la forme et les propriétés électriques désirées. Nous avons constaté que les paramètres les plus importants qui influent sur le processus d'impression surtout à l'échelle nanométrique sont: a) Le rapport des concentrations des réactifs pour le procédé de polymérisation qui comprend le Py-silane, nitrate d'argent (AgNO3), le chlorure du fer (III)/ le chlorure de Lithium (FeCl3/LiCl). b) Les paramètres physiques de la machine GeSIM; la pression d'impression, le niveau de contact, le temps d'encrage du tampon polydiméthylesiloxane (PDMS), et le temps d'impression. Finalement, on est arrivé à fabriquer des nanofils de PPy (PPy-NF) de 747±12,2 nm de largeur, 114±8 nm de hauteur et avec une séparation de 573±13,4 nm entre deux PPy-NF consécutifs. Ces films micro et nano-structurés ont été caractérisées par microscopie électronique à balayage (SEM), microscopie à force atomique (AFM) et spectrométrie de photon-électrons induits par rayons X (XPS). Dans une deuxième partie, on a développé des immunocapteurs à base de PPy-NF sensible aux biomarqueurs interleukine 8 et 6. Pour cela, différentes stratégies ont été adoptées pour immobiliser les anticorps spécifiques à ces deux biomarqueurs. Ces immunocapteurs ont été caractérisés par la méthode de spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS). Les résultats obtenus par rapport à la sensibilité et la sélectivité sont très satisfaisants avec des limites de détection de l'ordre de quelques pg/L pour les deux immunocapteurs développés

  • Titre traduit

    Micro and Nano Poly(pyrrole) patterning on thermoplastic polymers : development of an Immunosensor for Cancer biomarker detection


  • Résumé

    Non-conventional lithography techniques have made for the two last decades a huge impact in the engineering sciences. They are now regarded as a main challenge for the development of the devices. The objective of this thesis is to explore new alternative possibilities for designing micro & nano biosensors based on poly(pyrrole) (PPy) high resolution microprinting attended by catalytic polymerization (nanoCP-CCP) on substrates Polymer (poly (terephthalate) ethylene (PETE), cyclic olefin copolymer (COC), polyetheretherketone (PEEK), poly (ethylene 2,6-naphthalate (PEN), and polyamide (PI)). In a first step We have developed various printing techniques (grafting printing, addressed printing and direct printing) and polymerization conditions to modulate the characteristics of PPy micro and nano-structured in order to control the size, shape and Electrical desired properties. We found that the most important parameters that affect the printing process especially at the nanoscale are: a.) The ratio of the concentrations of reagents for the polymerization process which includes the Py-silane, nitrate silver (AgNO3), iron chloride (III) / lithium chloride (FeCl3 / LiCl). b) The physical parameters of the GeSIM machine; the printing pressure, contact level, the inking time stamp of polydimethylsiloxane (PDMS), and printing time. Finally, we got to manufacture PPy nanowires (PPy-NW) 747 ± 12.2 nm wide, 114 ± 8 nm in height and with a separation of 573 ± 13.4 nm between two consecutive PPy-NW. These micro and nano-structured films were characterized by scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM) and electron-photon spectroscopy induced by X-rays (XPS). In the second part, we have developed a PPy-NW-based immunosensors sensitive to interleukin 8 and 6 biomarkers. For this, different strategies have been adopted to immobilize antibodies specific to these two biomarkers. These immunosensors were characterized by electrochemical impedance spectroscopy method (EIS). The results obtained in relation to the sensitivity and selectivity are very satisfactory with the security detection limits of a few pg / L for both developed immunosensors

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