Microstructuration de surface et protection par encapsulation : applications aux biocapteurs

Surface Microstructuration and Protection by Encapsulation : Biosensors Applications

• Auteur / Autrice : Marie Berthuel
• Direction : Chantal Gondran, Karine Gorgy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique moléculaire et structurale
• Date : Soutenance le 25/09/2020
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Département de chimie moléculaire (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Marie-Noëlle Collomb
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Chantal Gondran, Carole Baffert
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Benoît Piro, Vincent Vivier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Encapsulation (chimie)

Spectroscopie d'impédance

Biocapteurs

Mots clés libres

Microstructuration

Électrochimie

Virus de la dengue

Polymère

Immunocapteur

Maladies a transmission vectorielle

Microstructuration

Electrochemistry

Dengue fever

Polymer

Immunosensor

Vector-Borne diseases

Résumé

Cette thèse explore deux voies d’amélioration des performances d'un biocapteur électrochimique d'affinité pour la détection des anticorps anti-NS1 de la dengue.La première volonté est l'amélioration de la limite de détection et de la sensibilité des biocapteurs par microstructuration du transducteur. Une modélisation basée sur les éléments finis a permis de définir la gamme optimale des paramètres géométriques des microplots. Après construction, les électrodes recouvertes de microplots ont été caractérisées par voltampérométrie cyclique et par microscopie électronique à balayage. A l'issue de l'optimisation, des biocapteurs à glucose ont été construits afin de démontrer l'accroissement des performances d’un biocapteur ampérométrique. Enfin, dans le but de valider l'intérêt des microplots pour un biocapteur d'affinité, un modèle d'immunocapteur impédance métrique sans marquage permettant la quantification de l'anticorps de la sous-unité B de la toxine du choléra est étudié avant de procéder à la réalisation d'un immunocapteur d'intérêt pour l'anticorps de la dengue. Ils sont réalisés sur deux types d'électrodes : les électrodes recouvertes de microplots et des électrodes interdigitées.La seconde volonté est l'amélioration de la longévité du stockage des biocapteurs à flux latéral par microencapsulation des biomolécules marquées, nécessaires à la détection par compétition. Pour cela, des microcapsules de polymère, fabriquées à faible coût, sont développées. Le bleu de méthylène et l'enzyme glucose oxydase ont été encapsulées sous forme sèche. Leur relargage a été suivi par spectrophotométrie UV-Visible et/ou par électrochimie après cassure des microcapsules par action mécanique et/ou par ultrasons.

This thesis explores two ways to enhance the performance of an electrochemical affinity biosensor for the detection of dengue anti-NS1 antibodies.The first goal was to improve the limit of detection and sensitivity of biosensors using microstructuration of the transducer. Based on finite element modelling, an optimal range of the microcone geometric parameters was defined. After construction, the microcone-covered electrodes were characterised using cyclic voltammetry and scanning electron microscopy. At the end of the optimisation process, glucose biosensors were fabricated to demonstrate the increased performance gains of an amperometric biosensing platform. Finally, in order to validate the interest of the microcones for an affinity biosensor, a label-free impedimetric immunosensor allowing the quantification of the cholera toxin B-subunit was studied as a model before performing an immunosensor of interest for dengue antibodies. The immunosensors were made on two types of electrodes: microcone-coated electrodes and interdigitated electrodes.A second goal was to improve the shelf-life of lateral-flow biosensors by microencapsulating labelled biomolecules, mandatory for competitive detection. For this purpose, low-cost polymer microcapsules have been developed. Methylene blue and an enzyme, glucose oxidase, were encapsulated in a dry state. Their release was followed by UV-visible spectroscopy and/or electrochemistry after breaking the microcapsules by mechanical action and/or with ultrasonic agitation.