Optimization of the developpement of self powered enzymatic biosensors

Optimization and characterization of self powered enzymatic biosensors

• Auteur / Autrice : Pauline Kiefer
• Direction : Donald Martin, Seiya Tsujimura
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : BIS - Biotechnologie, instrumentation, signal et imagerie pour la biologie, la médecine et l'environnement
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes en cotutelle avec Université de Tsukuba
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale ingénierie pour la santé, la cognition, l'environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Translational Innovation in Medicine and Complexity
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : SyNaBi Systèmes Nanobiotechnologiques et Biomimétiques

Mots clés

Mots clés libres

Enzymes

Biocatalyse

Biocapteurs

Biopiles

Machine learning

Enzymes

Biocatalysis

Biofuel cells

Biosensors

Machine learning

Résumé

Les biocapteurs électrochimiques autoalimentés utilisent des piles à biocarburant comme source d'énergie et biocapteur simultanés pour surveiller le niveau des biomarqueurs dans le sang et les fluides corporels tels que la sueur, les larmes, la salive, etc. En général, ces dispositifs contiennent deux bioélectrodes, dont l'une, appelée bioanode, où a lieu l'oxydation, joue le rôle d'élément de détection. La seconde bioélectrode, appelée biocathode, lieu de la réduction, souvent celle de l'oxygène. Les biocapteurs auto-alimentés ne nécessitent aucune source électrique externe, ce qui constitue un avantage considérable pour la miniaturisation de ces dispositifs. Ce projet de thèse propose le développement et l'optimisation d'une nouvelle famille de biocapteurs auto-alimentés où la biocathode est remplacée par un matériau électroactif qui peut jouer pendant une courte période le rôle de cathode. L'avantage du remplacement de la biocathode enzymatique par des matériaux électroactifs est qu'il permet de surmonter les limitations liées à la disponibilité de l'oxygène et à la courte durée de vie de la biocathode. Le projet propose de travailler sur des biocapteurs autoalimentés de lactate et de glucose et de les appliquer à des applications pratiques telles que des biocapteurs portables pour surveiller le glucose et le lactate chez l'homme et l'animal. Ce travail sera réalisé en étroite collaboration avec le Pr Seiya Tsujimura de l'université de Tsukuba.

Self-powered electrochemical biosensors utilize biofuel cells as a simultaneous power source and biosensor to monitor biomarkers level in blood and body fluids such as sweat, tears, saliva etc. Generally these device contains two bioelectrodes, one called bioanode, where oxidation takes place, who plays the role of sensing element. The second bioelectrode, called biocathode, place of reduction often that of oxygen reduction. Self-powered biosensors do not require any external electrical sources and this is a huge advantage for miniaturization of such devices. This thesis project propose the development and the optimization of new family of self-powered biosensors where the biocathode is replaced with electroactive material that can plays during a short period the role of cathode. The advantage of replacing enzymatic biocathode with electroactive materials is that it allows to overcome the limitations related to oxygen availability and the short life time of the biocathode. The project propose to work on lactate and glucose self-powered biosensors and apply them for practical application such as wearable biosensors to monitor glucose and lacate in human and animal swear. This work will be realized with strong collaboration with Pr Seiya Tsujimura from Tsukuba University.