Conception de nanoparticules plasmoniques et leur utilisation pour l'immunodétection d’une biotoxine

Design of plasmonic nanoparticles and their use for biotoxin immunosensing

• Auteur / Autrice : Lu Zhang
• Direction : Souhir Boujday, Bo Liedberg
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 16/11/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne université en cotutelle avec Nanyang Technological University (Singapour)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de réactivité de surface (Paris ; 1985-....)
• Jury : Président / Présidente : Michèle Salmain
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Li Shuzhou, Sierin Lim, Ali Abou-Hassan
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sabine Szunerits, Borja Sepúlveda

Mots clés

Mots clés contrôlés

Staphylocoque doré

Entérotoxines

Immunocapteurs

Plasmons

Nanoparticules

Mots clés libres

Nanoparticules plasmoniques

Résonance de plamons de surface localisée

Immunocapteur

Lecture à l'œil

Biotoxine

Entérotoxine A staphylococcique

Anticorps

Bioconjugaison

Plasmonic nanoparticles

Localized Surface Plasmon Resonance

Immunosensor

Biotoxin

Staphylococcal enterotoxin A

Résumé

L'entérotoxine A du staphylocoque (SEA) produite par certaines souches de Staphylococcus aureus est une cause majeure d'intoxication alimentaire et représente la deuxième cause de maladies d'origine alimentaire en France. Les nanoparticules (NPs) plasmoniques aux propriétés optiques uniques sont largement utilisées comme transducteurs dans les biocapteurs en raison du phénomène de résonance de plasmons de surface localisée (LSPR). L'objectif de ce travail était de développer des biocapteurs basés sur des NPs plasmoniques à partir desquels la détection de SEA pourrait être réalisée par lecture à l'œil nu. Deux stratégies ont été mises en place. La première stratégie reposait sur le coefficient d'extinction extrêmement élevé des AuNPs. Des AuNPs conjuguées à l’anticorps anti-SEA (Ab) ont été utilisées comme rapporteurs dans l’immunocapteur colorimétrique en phase solide de type sandwich. Le capteur a été appliqué avec succès à la détection de SEA dans le tampon et le lait. 1 ng de SEA pourrait être visualisée par lecture à l’œil nu. La deuxième stratégie reposait sur la sensibilité de la bande LSPR de NPs plasmoniques au faible changement d'indice de réfraction local et à la capacité de l'homme à visualiser les changements de couleur dans la région de 500 nm. À cette fin, des NPs cœur-coquille or-argent (Au@AgNPs) avec la bande à 500 nm ont été synthétisées. La conjugaison de l'Ab aux Au@AgNPs a entraîné un décalage vers le rouge de la bande LPSR et un changement de couleur visuel de l'orange au rouge. Cependant, le décalage vers le rouge de la bande était important et aucun changement de couleur visible n’a été observé à l’œil nu lors de l’addition ultérieure de SEA.

Staphylococcal enterotoxin A (SEA) produced by some Staphylococcus aureus strains is a major cause of food poising and especially represents the second cause of foodborne diseases in France. Plasmonic nanoparticles with unique optical properties are widely applied as transducers in biosensing devices owing to the Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR) phenomenon. The objective of this work was to develop biosensors based on plasmonic nanoparticles from which SEA detection could be achieved by naked-eye readout. Two strategies were implemented. The first strategy was based on the extremely high extinction coefficient of gold nanoparticles (AuNPs). Anti-SEA antibody (Ab)-conjugated AuNPs were used as reporters in a solid-phase, sandwich-type, colorimetric immunosensor. The sensor was successfully applied to the detection of SEA in buffer and spiked milk. As low as 1 ng SEA could be visualized by naked-eye readout. The second strategy relied on both the sensitivity of the LSPR band of plasmonic nanoparticles to small local refractive index change and the ability of humans to visualize color changes in the 500 nm region. For this purpose, core-shell gold silver nanoparticles (Au@AgNPs) with LSPR band at 500 nm were successfully synthesized. Attachment of Ab to Au@AgNPs resulted in a red shift of LPSR band and a visual color change of colloidal solution from orange to red. Yet, the red shift of LSPR band was very important and no visible change of color was observed by naked-eye upon subsequent addition of SEA.