Détection et Imagerie par Electrochimiluminescence

Electrochemiluminescence Detection and Imaging

• Auteur / Autrice : Axelle Virepinte
• Direction : Neso Sojic
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie Analytique et Environnementale
• Date : Inscription en doctorat le 25/10/2024
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences Moléculaires
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : NanoSystèmes Analytiques (NSysA)

Mots clés

Mots clés libres

Électrochimiluminescence (ECL)

Chimie analytique

Imagerie

Microscopie ECL

Electrochemiluminescence (ECL)

Analytical chemistry

Imaging

ECL microscopy

Résumé

L'électrochimiluminescence (ECL), également appelée luminescence électrogénérée est une technique analytique puissante du fait de son extrême sensibilité. L'ECL correspond à l'émission de photons par une molécule luminescente suite à une réaction électrochimique initiée à la surface d'une électrode. Cette forme d'émission lumineuse a trouvé de nombreuses applications bioanalytiques du fait de ses caractéristiques intrinsèques remarquables qui en font une méthode puissante et performante. En effet, aucune source lumineuse excitatrice n'est nécessaire pour induire l'ECL et donc elle ne nécessite pas de séparer les longueurs d'onde excitatrice et émettrice, comme en fluorescence. De ce fait, le bruit de fond correspond quasiment à celui du photodétecteur et il est extrêmement faible. L'ECL est par conséquent une méthode de mesure extrêmement sensible. Par ailleurs, elle devient de plus en plus une méthode d'imagerie performante. Le but de cette thèse est de poursuivre les travaux sur la microscopie ECL de systèmes modèles tels que des particules de silice puis sur des cellules et enfin d'imager des membranes cellulaires. Nous avons publié plusieurs articles sur cette thématique dans les années passées (comme par exemple, Angew. Chem. Int. Ed., 60, 2021, 7681 ; Angew. Chem. Int. Ed., 60, 2021, 18742 ; Angew. Chem. Int. Ed. 2024, DOI: 10.1002/anie.202407588, e202407588). Après ces premiers travaux et dans le cadre du projet MOBILES, les objectifs seront, dans un premier temps, de tester différents complexes de ruthénium ou de polymères émettant à des longueurs d'onde différentes et d'étudier les propriétés spectroscopiques et électrochimiques de ces composés. Il s'agira de caractériser ces propriétés et de montrer la faisabilité de la génération de l'émission lumineuse par ECL. Dans un second temps, avec les partenaires du projet MOBILES, le but sera de détecter de façon ultrasensible des biomarqueurs biologiques et de visualiser le comportement individuel de cellules et de spores marqués par ces composés. Il s'agira d'appliquer un potentiel suffisant qui déclenchera l'émission lumineuse. Cette émission sera enregistrée avec un microscope. Nos objectifs seront d'imager des particules modèles puis des cellules et des entités biologiques. Enfin, nous étudierons les propriétés de transport à travers les membranes cellulaires. Les objectifs seront les suivants: 1) étudier les propriétés électrochimiluminescentes de différents complexes de ruthénium ou polymères. 2) induire l'émission électrochimiluminescente par un contrôle précis du potentiel. 3) visualiser cette émission électrochimiluminescente à l'aide d'un microscope. 4) tester différents luminophores avec des co-réactifs variés. 5) imager des particules modèles puis des cellules et des spores en essayant d'atteindre l'imagerie de nanoparticules avec une résolution spatiale améliorée. 6) étudier les propriétés de transport à travers les membranes cellulaires.

Electrochemiluminescence (ECL), also known as electrogenerated luminescence is a powerful analytical technique due to its extreme sensitivity. ECL corresponds to the emission of photons by a luminescent molecule following an electrochemical reaction initiated at the surface of an electrode. This form of light emission has found numerous bioanalytical applications due to its remarkable intrinsic characteristics, which make it a powerful, high-performance method. No exciter light source is needed to induce ECL, so there is no need to separate the exciter and emitter wavelengths, as is the case with fluorescence. As a result, the background noise almost matches that of the photodetector and is extremely low. ECL is therefore an extremely sensitive measurement method. It is also increasingly becoming a high-performance imaging method. The aim of this thesis is to continue the work on ECL microscopy of model systems such as silica particles, then on cells and finally to image cell membranes. We have published several articles on this subject in the past few years (for example, Angew. Chem. Int. Ed. 60, 2021, 7681; Angew. Chem. Int. Ed. 60, 2021, 18742; Angew. Chem. Int. Ed. 2024, DOI: 10.1002/anie.202407588, e202407588). Following this initial work and as part of the MOBILES project, the objectives will initially be to test different ruthenium complexes or polymers emitting at different wavelengths and to study the spectroscopic and electrochemical properties of these compounds. The aim will be to characterise these properties and demonstrate the feasibility of generating light emission by ECL. Secondly, with the partners in the MOBILES project, the aim will be to detect biological biomarkers ultra-sensitively and to visualise the individual behaviour of cells and spores labelled with these compounds. A sufficient potential will be applied to trigger light emission. This emission will be recorded using a microscope. Our objectives will be to image model particles and then cells and biological entities. Finally, we will study the transport properties across cell membranes. The objectives will be as follows: 1) to study the electrochemiluminescent properties of different ruthenium complexes or polymers. ruthenium complexes or polymers. 2) to induce electrochemiluminescent emission by precise control of the potential. 3) visualise this electrochemiluminescent emission using a microscope. 4) test different luminophores with various co-reagents. 5) Imaging model particles, then cells and spores, trying to achieve imaging of nanoparticles with improved spatial resolution. 6) study the transport properties across cell membranes.