Thèse soutenue

Electroréduction enzymatique de l'oxygène : des bases moléculaires de l'immobilisation efficace des enzymes sur électrodes planes à l'électrocatalyse sur électrodes nanostructurées

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Auteur / Autrice : Vivek Pratap Hitaishi
Direction : Elisabeth LojouPhilippe Delaporte
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences Chimiques
Date : Soutenance le 21/01/2020
Etablissement(s) : Aix-Marseille
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques (Marseille ; 1996-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Bioénergétique et Ingénierie des Protéines (Marseille ; 2012-....)
Jury : Président / Présidente : Ludovic Escoubas
Examinateurs / Examinatrices : Antonio Pereira, Christelle Gautier
Rapporteurs / Rapporteuses : Benoît Piro, Claude Jolivalt

Résumé

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L’immobilisation fonctionnelle des enzymes redox sur un support solide conducteur, en termes de densités de courant catalytique et de stabilité, est l’un des défis les plus importants à relever avant la commercialisation de systèmes tels que les piles à combustible enzymatiques et les biocapteurs. Cette thèse vise à la compréhension des facteurs moléculaires qui contrôlent le processus de transfert d'électrons interfacial et l'efficacité catalytique des enzymes redox immobilisées, en considérant l'effet de la quantité, de l'orientation et de la conformation des biomolécules à l’interface électrochimique. L'objectif ultime est d'obtenir une rationalisation des bioélectrodes. Des enzymes redox d’origine et de propriétés différentes, et des surfaces d’électrodes de chimie et structuration variées sont explorées pour moduler la connexion électrique de l’enzyme, et donc le processus de transfert d'électrons. Les propriétés requises de surface de l'électrode en tant que matrice hôte pour les enzymes sont tout d’abord déterminées sur électrodes planes puis étendues à des électrodes nanostructurées. Afin de déduire un modèle d'adsorption, un couplage sans précédent de l'électrochimie à des techniques de surface telles que la résonance plasmonique de surface (SPR), la spectroscopie d'absorption par réflectance infrarouge à modulation de polarisation (PMIRRAS) et l'ellipsométrie. Enfin, de nouvelles électrodes nanostructurées obtenues par ablation au laser sont explorées comme de nouvelles plates-formes stables capables de contrôler le taux de recouvrement surfacique enzymatique, ouvrant la voie à l'électrochimie d'une molécule unique.