Biocapteurs enzymatiques à base de nanoparticules plasmoniques pour le dosage colorimétrique de la phénylalanine

Plasmonic nanoparticle-based enzyme biosensor configurations for the colorimetric assay of phenylalanine

• Auteur / Autrice : Zihua Yang
• Direction : Michèle Salmain, Souhir Boujday
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie moléculaire
• Date : Soutenance le 11/12/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie moléculaire de Paris Centre (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut parisien de chimie moléculaire (2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Mano
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Claire Mangeney, Christophe Humbert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse colorimétrique

Propriétés optiques

Nanoparticules

Biocapteurs

Mesure

Phénylalanine

Mots clés libres

Nanoparticules plasmoniques

Phénylalanine

Dosage colorimétrique

Phénylalanine deshydrogénase

L-Aminoacide oxydase

Biocapteur

Plasmonic nanoparticles

Phenylalanine

Colorimetric assay

Phenylalanine dehydrogenase

L-Aminoacid oxidase

Biosensor

Résumé

La phénylalanine fait partie des acides aminés essentiels, mais si sa concentration dépasse un certain niveau dans le sang, elle peut causer de graves problèmes neurologiques. La phénylcétonurie (PCU) est une maladie génétique caractérisée par un déficit en enzyme hépatique phénylalanine hydroxylase (PAH). La PAH est impliquée dans le métabolisme normal de la phénylalanine en tyrosine, de sorte que sa déficience provoque l'accumulation de phénylalanine dans le sang, l'urine et le liquide céphalo-rachidien et la diminution de la concentration de tyrosine. La prise en charge de la phénylcétonurie nécessite que les patients surveillent leur niveau de phénylalanine sanguin, de sorte qu'un dosage rapide pour la détermination de la concentration de phénylalanine devrait être très utile. De nombreuses méthodes ont été développées pour la mesure de la concentration en phénylalanine dans les fluides corporels, telles que la chromatographie liquide à haute pression, les dosages enzymatiques, la spectrométrie de masse et les biocapteurs. Dans cette étude, nous avons conçu plusieurs capteurs colorimétriques à base de nanoparticules plasmoniques pour la quantification de phénylalanine sur la base des propriétés plasmoniques des nanoparticules de métaux nobles. Cette famille de nanoparticules présente des caractéristiques optiques fascinantes principalement dues à l'effet de résonance plasmon de surface localisée (LSPR). Elles absorbent et/ou diffusent la lumière dans le visible jusqu'au domaine spectral NIR, selon leur taille, leur forme, leur composition et leur état de surface. Ici, le déplacement de la bande LSPR induit par la croissance ou la corrosion de nanoparticules a été utilisé pour mettre en place plusieurs configurations de dosage enzymatique permettant la quantification de la phénylalanine par un simple spectrophotomètre ou même à l'œil nu.

Phenylalanine is one of the essential amino acids, but if its concentration exceeds a certain level in blood, it can cause serious neurological issues. Phenylketonuria (PKU) is a genetic disorder characterized by a deficiency in the hepatic enzyme phenylalanine hydroxylase (PAH). PAH is involved in the metabolism of phenylalanine to tyrosine, so that its deficiency causes the accumulation of Phenylalanine in the blood, urine and spinal fluid and the decrease of tyrosine concentration. Phenylketonuria management requires the patients to monitor their level of phenylalanine in blood, so that a rapid assay for the determination of Phenylalanine concentration should be very useful. Numerous methods have been developed for the measurement of phenylalanine in body fluids, such as high-pressure liquid chromatography, enzymatic assays, mass spectrometry and biosensors. In this study, we designed several colorimetric plasmonic nanoparticle-based sensors for the quantification of phenylalanine on the basis of noble metal nanoparticle plasmonic properties. This family of nanoparticles displays fascinating optical features mainly owing to the localized surface plasmon resonance (LSPR) effect. They absorb and / or scatter light in the visible to the NIR spectral region, depending on their size, shape, composition and state of surface. Herein, the shift of the LSPR band induced by nanoparticle growth or etching was used to set up several enzymatic assay configurations allowing the quantitation of phenylalanine by a simple spectrophotometer or even by the naked eye.