Développement et optimisations d'un nez électronique basé sur l'imagerie de résonance de plasmons de surface

Development and optimisations of an electronic nose based on surface plasmon resonance imaging

• Auteur / Autrice : Sophie Brenet
• Direction : Arnaud Buhot, Yanxia Hou-Broutin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique pour les sciences du vivant
• Date : Soutenance le 19/10/2018
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Systèmes moléculaires et nanomatériaux pour l’énergie et la santé (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Franz Brückert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Edith Pajot-Augy, Rose-Marie Sauvage
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Loïc Briand, Jean-Michel Guillot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résonance plasmonique de surface

Appareils et matériel

Composés organiques volatils

Nez électroniques

Mots clés libres

Statistique multidimensionnelle

Reconnaissance de motif

Réseau de récepteurs à réactivité croisée

Cov

Spri

Cross-Reactive receptor array

Multivariate statistics

VOCs

Pattern recognition

Spri

Résumé

Les nez électroniques sont aujourd’hui des candidats prometteurs pour une analyse sur le terrain et à bas coût d’échantillons de composés organiques volatils (COV). Cependant, ces techniques ont encore certaines limitations. L’utilisation d’un nombre restreint de récepteurs empêche une différenciation sélective des COV. Un manque de fiabilité causé par des pollutions des récepteurs freine leur utilisation pour de nombreuses applications. Dans ce contexte, un nez électronique basé sur l’imagerie de résonance de plasmons de surface (SPRI) est développé pour la détection de COV en phase gazeuse. Ce système est doté d’un large réseau de récepteurs constitués par autoassemblage de molécules organiques et de peptides. La transduction optique par SPRI offre un suivi en parallèle d’un grand nombre d’interactions, et ce en temps réel. L’objectif est d’assurer la meilleure résolution chimique possible pour différencier de manière fiable les COV. Dans ce but, différentes stratégies sont explorées pour améliorer la sensibilité, la sélectivité ainsi que la stabilité des mesures. Grâce à ces optimisations, notre système présente une sélectivité élevée pour un grand nombre de COV. Les COV sont différenciés en fonction de leur nature chimique et de leur structure. Une bonne répétabilité et une stabilité d’au moins deux mois sont obtenues. De premiers tests montrent que notre instrument est également efficace pour l’analyse d’échantillons plus complexes.

Electronic noses are promising candidates for low-cost field monitoring of volatile organic compounds (VOCs). However, these techniques are still challenged with limitations. The use of a limited number of receptors prevents selective VOCs differentiation. A lack of reliability caused by pollution of receptors hinders their use for many applications. In this context, an electronic nose based on surface plasmon resonance imaging (SPRI) is developed for the detection of VOCs in the gas phase. This system consists of a broad array of receptors obtained by the self-assembly of organic molecules and peptides. SPRI optical transduction provides multiplexed monitoring of a large number of interactions in real time. The objective is to ensure the best possible chemical resolution to reliably differentiate VOCs. To this end, different strategies are explored to improve the sensitivity, selectivity and stability of the measurements. Thanks to these optimizations, our system offers a high selectivity for a large number of VOCs. VOCs are differentiated according to their chemical nature and structure. A good repeatability and a stability of at least two months are obtained. Preliminary tests show that our instrument is also effective for the analysis of more complex samples.