Book Description
Ce mémoire est consacré à l’élaboration et à la caractérisation de deux types de biocapteurs : (i) Le DLC est comparé au carbone vitreux pour la conception de biocapteurs. Vu sa faible sensibilité, un biocapteur de glutamate basé sur une électrode de carbone vitreux modifiée avec du méthyle viologène et du Nafion® est élaboré. L’ampérométrie et la spectroscopie d’impédance électrochimique ont permis d’optimiser les paramètres de ce biocapteur et de mettre en évidence ses propriétés. (ii) Un biocapteur de bactéries élaboré par le biais de monocouches auto-assemblées y est présenté. La détection des Escherichia Coli par spectroscopie d’impédance électrochimique est comparée à celle de la résonance plasmonique de surface et au western blot. La topographie de surface de ce biocapteur est analysée par AFM. La spectroscopie d’impédance électrochimique s’est avérée très appropriée pour la détection de bactéries puisque des limites de détection de l’ordre de 10 CFU/ml ont été obtenues
Book Description
Dans le domaine de l'environnement, il est très important de disposer d'outils capables de détecter la présence de polluants ou de substances toxiques au sein des milieux aqueux, tels que les écosystèmes aquatiques, l'eau des stations d'épuration, les effluents industriels. Les techniques classiques d’analyse pour la détection d’une espèce (bio) chimique sont généralement complexes, coûteux, volumineux et souvent difficiles à mettre en œuvre. De plus, les phases de préparation des échantillons et d’exploitation des résultats augmentent souvent très fortement la durée totale d’analyse. Depuis une trentaine d’années, ils font face à l’avènement des capteurs (bio)chimiques. Malgré une très forte demande et de nombreuses recherches effectuées, très peu de réalisations commerciales ont vu le jour, surtout dans le domaine de l’environnement. La difficulté majeure qui freine le développement industriel de ces capteurs est liée aux problèmes de sélectivité et de stabilité de l’élément sensible fixé sur la surface du transducteur au cours de l’étape de fonctionnalisation. Pour remédier à ces inconvénients, notre recherche est orientée vers la création de nouvelles matrices d’immobilisation de l’élément sensible et l’élaboration de nouveaux matériaux d’électrodes. Ce travail de thèse porte sur la réalisation et la caractérisation de capteurs chimiques et biochimiques basés sur l’utilisation de trois types de transduction. Le premier transducteur est conductimétrique avec des électrodes interdigitées : Le premier est un biocapteur bienzymatique à protéases immobilisées pour la détection de protéines en tant que marqueur de la matière organique ; Le deuxième est un biocapteur élaboré pour la détermination des nitrates en utilisant l’enzyme nitrate réductase (RN) de l’aspergillus niger immobilisé dans un film de PVC, en présence de Nafion® et de Méthyle viologen en tant que médiateur ; Le troisième est un capteur chimique pour détecter l’ammonium en immobilisant sur des électrodes interdigitées des membranes en PVC contenant la nonactine comme un élément de reconnaissance de l’ammonium ; Le deuxième type de transducteur est voltamétrique avec des électrodes en carbone vitreux pour la détermination de traces de mercure et de nickel. Le troisième type est un transducteur à fibre optique (chimiluminescence) pour la détection du cobalt immobilisé dans un film de chitosan ; le principe de ce capteur repose sur l’effet catalytique des ions métalliques comme le cobalt sur la réaction de chimiluminescence du luminol en présence de peroxyde d’hydrogène. Ces (bio)capteurs ont été validés sur des échantillons d’eau naturelle. Ils ont prouvé qu’ils constituent une technique d’analyse alternative performante, présentant des limites de détection très sensibles, de l’ordre du ng/l au μg/l, comparables à celles trouvées dans la littérature. Ils ont montré une rapidité de réponse de 5 à 7 minutes, une bonne sélectivité avec une bonne reproductibilité pour une longue durée de vie de un à trois mois. Enfin, ces techniques à faible coût, fonctionnant à température ambiante, sont prêtes à être utilisées sur le terrain. Ils permettent ainsi de réaliser des analyses de contrôle et de surveillance de milieux complexes sans traitement préalable des échantillons
Author: Hamidreza Shirzadfar Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 0
Book Description
The intent of this thesis is to develop bio-sensors based on giant magnetoresistance (GMR) and the associated conditioning electronics, to characterize magnetically organic ferrofluids. This work was done in collaboration with Pr Sotoshi YAMADA of the Institute "Nature and Environmental Technology" at the University of Kanazawa. The first part focuses on the state of the art and the methods for magnetic properties measurements of ferrofluids and the description of the GMR effect. The second part concerns the introduction of a measuring device to determine and characterize the value of the sensitivity of each sensor. This sensitivity is a crucial parameter for any biomedical application. Its knowledge allows optimization of sensors ability to measure very low magnetic parameters of ferrofluids very precisely. The third experimental part describes measurements of relative permeability (μr) and susceptibility (X) of magnetic ferrofluids with GMR sensors I, II. In addition, to confirm the experimental results obtained with these sensors, we have compared them to those obtained with other methods such as vibrating sample magnetometer (VSM) or by theoretical calculations. The fourth and last chapter presents the experimental results of the relative permeability and susceptibility of a magnetic marker used to detect pathogenic bacteria (Escherichia coli O157: H7).
Book Description
In this thesis, we present different discrete and integrated electrochemical biosensors. All these designed potentiostats are based on fully-differential architecture to enhance sensitivity and accuracy. Two complete single channel and four-channel discrete designs were fabricated. The single channel discrete design imaged the dopamine neurotransmitter with the sensed current of approximately low nano-ampere and power consumption of 120 mW implemented on a 20 x 35 mm PCB. The four-channel discrete design was the improved version of previous one in terms of area, sensitivity and power consumption. The 15 x 15 mm PCB was able to measure the reduction-oxydation currents in the range of high pico-ampere while consuming 60 mW. The advantage of the multichannel architecture is to provide a system with different sensitivity going from pA to mA for each channel. A microfluidic 7.5 x 5 mm chamber with two inlets and one outlet was bonded to the PCB. A phosphate buffered saline (PBS) with ferrocyanide solution was used to test the functionality of the implemented system. Cyclic voltammetry has been used as a detection technique. A linear behavior had been observed when the neurotransmitter concentration changed. An integrated CMOS potentiostat was designed and fabricated in 180 nm technology based on a fully-differential-difference architecture for a low power consumption and also high sensitivity system. This new architecture was designed in order to sense ultra-low concentration of neurotransmitters with low noise and high dynamic range. This integrated design was able to image currents in the range of sub-pA with low input-referred noise of 6.9 μVrms while consuming only 53.9 μW. The proposed potentiostat is dedicated for implantable devices with low power consumption and high sensitivity and linearity.
Author: Valérie Duplan Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 135
Book Description
Pendant que la menace potentielle du bioterrorisme augmente, il y a grand besoin d'un outil qui peut détecter les agents biologiques contaminants dans l'environnement de façon rapide, fiable et précise. Par contre, les méthodes traditionnelles utilisées nécessitent l'utilisation de laboratoires d'analyse sophistiquée, souvent dans des installations centralisées, ce qui demande un capital considérable et une main-d'oeuvre hautement qualifiée. Il est possible de développé des dispositifs basés sur les biocapteurs à faible coût et très efficace à la détection d'agents biologiques. De plus, ils peuvent être utilisés dans d'autres domaines, au jour le jour, tel pour la surveillance de contaminants dans les produits comestibles. Dans le but de résoudre ce problème, une nouvelle approche pour la fabrication d'un biocapteur optique a été développée. Celui-ci serait capable de détecter, de façon directe, des micro-organismes qui seraient immobilisés à sa surface plus rapidement et plus aisément qu'avec les méthodes conventionnelles. En effet, les expériences présentées visent la fabrication d'un biocapteur suite à la déposition de molécules biochimiques sur une hétérostructure de GaAs/ALGaAs. Le biocapteur ainsi produit tire parti de la photoluminescence émise par ce semi-conducteur quantique III-V pour la détection de microorganismes immobilisés spécifiquement et négativement chargés. La présente recherche est basée sur des techniques novatrices de biocapteurs pour lesquelles il existe peu de littérature. Les travaux expérimentaux et les explications théoriques se révèlent ainsi de nature très exploratoires. Les résultats préliminaires obtenus ont d'ailleurs été similaires aux prédictions initiales. De plus, les détails théoriques et explications physiques permettent de comprendre l'origine des résultats obtenus et d'établir, de manière convaincante, les procédures à suivre pour une architecture optimale. Je rapporte ainsi l'étude de la bio-fonctionnalisation du GaAs (001) visant l'immobilisation d'anticorps polyclonaux selon deux architectures différentes. De plus, les architectures proposées ont leurs régions actives ouvertes à l'environnement, pour permettre des mesures en continues et, en plus d'être des systèmes offrant la possibilité de multiplexage, offrent un potentiel de mesures en parallèle, pour un grand nombre de mesures en simultanées. Les résultats obtenus démontrent l'immobilisation réussie ainsi que la détection effectuée du virus de l' influenza A et des bactéries Escherichia coli et Legionella pneumophila respectivement. Enfin, les avantages et les limites de chaque architecture ont ensuite été détaillés.
Author: Nadia El Alami el Hassani Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
Book Description
Au cours des dernières décennies, les capteurs et les biocapteurs électrochimiques ont connu un développement considérable en raison de leur simplicité, fiabilité, rapidité et sélectivité. Ils ont constitué les alternatives les plus séduisantes pour les méthodes analytiques classiques dans des domaines aussi variés que l'agro-alimentaire, la médecine et la biologie clinique, ou le contrôle de la qualité de l'environnement. Dans ce travail de recherche, nous nous sommes intéressés, dans un premier volet, aux développements des immunocapteurs et capteurs électrochimiques à base des polymères à empreintes moléculaires (MIPs) pour le contrôle de la qualité des miels. La première partie de ce volet concerne le développement des immunocapteurs sur des structures dites Bio-MEMS basées sur des microélectrodes en or. L'élaboration de ces immunocapteurs a été dédiée à la détection des résidus d'antibiotiques à savoir la sulfapyridine (SPy) et la tétracycline (TC). Une nouvelle structure des nanoparticules magnétiques (MNPs) revêtues du copolymère poly (acide pyrrole-co-pyrrole-2-carboxylique) a été exploitée dans ces travaux pour leur réseau d'immobilisation tridimensionnel ainsi que pour leur stabilité pendant de longues périodes. La détection de la SPy et de la TC a été réalisée par différentes approches compétitives en utilisant des anticorps polyclonaux. Dans la deuxième partie de ce volet, nous avons fabriqué des capteurs à base des MIPs pour la détection de la sulfaguanidine, la doxycycline et le chloramphénicol dans le miel. Ces dispositifs ont été développés sur la surface des électrodes sérigraphiées en or en employant une matrice polymérique du polyacrylamide en présence des molécules empreintes. Les performances de ces capteurs et biocapteurs (limite de détection, sélectivité, reproductibilité, application dans les milieux réels) ont ensuite été évaluées. Dans un deuxième volet, nous nous sommes parvenus à appliquer un dispositif de la langue électronique voltammétrique (Langue-EV) pour des analyses agroalimentaires et biomédicales. Dans un premier temps, nous avons discriminé les miels issus de quatorze régions de la France et du Maroc par le dispositif de la Langue-EV. Nous nous sommes aussi parvenus à démontrer la fiabilité de ce dispositif à prédire les résultats des différents paramètres physico-chimiques d'après les réponses des méthodes analytiques utilisées. Dans un deuxième temps, nous sommes passés à l'application du dispositif de la Langue-EV en analyse biomédicale dans le but de discriminer les urines des patientes souffrants des infections urinaires avec celles des femmes saines.
Book Description
LES BIOCAPTEURS AMPEROMETRIQUES SONT DES DISPOSITIFS ANALYTIQUES REALISES PAR IMMOBILISATION D'UNE ENZYME A LA SURFACE D'UNE ELECTRODE. LEURS PERFORMANCES PEUVENT ETRE AMELIOREES PAR L'ELABORATION DE NOUVELLES MATRICES PERMETTANT L'IMMOBILISATION NON DENATURANTE DES ENZYMES. DANS CE CONTEXTE, IL EST MONTRE, AU MOYEN D'UNE ENZYME MODELE, LA GLUCOSE OXYDASE, QUE L'IMMOBILISATION D'ENZYMES DANS DES GELS INORGANIQUES HYDROPHILES DE LAPONITE, CONSTITUE UNE NOUVELLE METHODE PERFORMANCE POUR LA REALISATION DE BIOCAPTEURS. LE CAPTEUR A GLUCOSE EST ALORS TRES SENSIBLE ET PRESENTE UNE REPONSE LINEAIRE SUR TROIS DECADES DE CONCENTRATIONS (0,8 M-2 MM). LE PRINCIPALE AVANTAGE DE CETTE METHODE RESIDE DANS LA SIMPLICITE DE MISE EN UVRE ET DANS L'IMMOBILISATION QUANTITATIVE DES FAIBLES QUANTITES D'ENZYMES NECESSAIRES. UNE METHODE ELECTROCHIMIQUE A, D'AUTRE PART, PERMIS D'ACCEDER AUX CARACTERISTIQUES CINETIQUES DE L'ENZYME IMMOBILISEE. UN DEUXIEME TYPE DE BIOMATERIAU EST REALISE PAR INCORPORATION DE PARTICULES DE LAPONITE AU SEIN D'UN FILM POLYMERE ELECTROGENERE A PARTIR D'UN PYRROLE AMPHIPHILE. CE PROCESSUS DE DOPAGE AMELIORE DE MANIERE IMPORTANTE LA SENSIBILITE ET LA STABILITE DU CAPTEUR. UNE ETUDE ELECTROCHIMIQUE ORIGINALE BASEE SUR L'UTILISATION DU SYSTEME CATECHOL/POLYPHENOL OXYDASE, A MONTRE QUE CE PHENOMENE RESULTE D'UNE MEILLEURE ACTIVITE DE L'ENZYME IMMOBILISEE. CE TRAVAIL PRESENTE EGALEMENT DEUX EXEMPLES D'APPLICATION DES BIOCAPTEURS. LE PREMIER CAPTEUR EST OBTENU PAR IMMOBILISATION DE LA POLYPHENOL OXYDASE AU SEIN DU POLYMERE NON DOPE. CERTAINS POLLUANTS AGISSANT COMME SUBSTRAT OU INHIBITEUR DE L'ENZYME, IL EST ALORS POSSIBLE DE DETECTER EN MILIEU AQUEUX, LES PHENOLS, LES CHLOROPHENOLS, LES IONS CYANURE ET DES PESTICIDES TELS QUE L'ATRAZINE ET DES CARBAMATES. LE DEUXIEME EXEMPLE CONCERNE LE DOSAGE DU CHOLESTEROL. LES CARACTERISTIQUES DES MATERIAUX MIXTES POLYMERE-LAPONITE ONT ETE MISES A PROFIT POUR REALISER UN BIOCAPTEUR BASE SUR L'IMMOBILISATION DE LA CHOLESTEROL OXYDASE OU SA COIMMOBILISATION AVEC LA CHOLESTEROL ESTERASE PERMETTANT LE DOSAGE DU CHOLESTEROL ET DE SES DERIVES ESTER
Book Description
Le but principal de ces travaux de thèse fut la conception et la réalisation de biocapteurs par utilisation de méthodes de transduction sans marquage, comme la spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS), pour la détection de cible d'intérêts. Pour cela, différentes architectures moléculaires, spécifiques à la molécule d'intérêt ciblée, ont été développées afin de permettre la transduction du signal issu de la reconnaissance entre le biorécepteur et son substrat, et conduire ainsi à la détection de la cible.Les systèmes mis au point reposent sur l'intégration de nanomatériaux, tels que les nanotubes de carbones ou le disulfure de tungstène, pour assurer l'immobilisation de l'entité biospécifique à la surface du capteur. L'intérêt de ces matériaux est multiple puisqu'ils permettent une très forte augmentation de la surface spécifique du système et sont également mis à contribution lors de la fonctionnalisation de la surface de l'électrode. Un des grands défis rencontré dans le développement des biocapteurs étant la stratégie d'immobilisation de l'entité biospécifique sur la surface du capteur.Ces travaux se sont donc dans un premier temps intéressés à la réalisation et à la caractérisation de films minces de ces nanomatériaux ainsi qu'à leur transfert à la surface d'une électrode. Dans ce contexte, le but est de concevoir des bioarchitectures poreuses à base de polymères fonctionnels électrogénérés autour des nanostructures de carbone permettant la pénétration de grandes biomolécules comme des anticorps pour développer des immunocapteurs de haute performance.La seconde partie de ce travail s'est donc orientée vers la conception de biocapteurs par utilisation de ces différents matériaux. La fiabilité du procédé de la construction de ces nanostructures poreuses a été validée par la conception de systèmes immunologiques pour la détection de l'anticorps de l'antitoxine du choléra et l'anticorps de la toxine de la dengue.Enfin, un dernier biocapteur enzymatique, s'appuyant sur l'utilisation de nano-bâtonnets de disulfure de tungstène, a été développé. Ce dernier permet la détection de deux molécules d'intérêts, à savoir le catéchol et la dopamine, par utilisation de la polyphénol oxydase.
Author: Rabih Khoder Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 0
Book Description
La tuberculose est une maladie contagieuse qui s'attaque habituellement aux poumons, mais parfois aussi à d'autres parties du corps, comme les reins, les ganglions et les os. La tuberculose tue près 1,8 millions de personnes chaque année dans le monde. Il y a par conséquent un besoin urgent de mettre des moyens analytiques pour détecter l'ADN de la bactérie Mycobacterium tuberculosis, responsable de la propagation de la tuberculose. La recherche développée dans le cadre de cette thèse consiste en l'élaboration d'un outil de diagnostic pour la détection d'ADN génomique de bactérie M.Tuberculosis après la lyse et amplification par PCR. Dans cette perspective, nous nous sommes intéressés au développement des biocapteurs basés sur des différentes morphologies de polypyrrole comme transducteur pour la détection électrochimique d'ADN du gène rpob de Mycobacterium tuberculosis. Une étude de l'impact des différentes morphologies sur les propriétés électriques des matériaux et également sur les performances des biocapteurs électrochimiques d'ADN a été effectuée. Nous avons aussi étudié l'effet de la fonctionnalisation par différentes chaine linéaire et ramifiée sur la structure des nanomatériaux de polypyrroles et leurs effets sur la quantité de biomolécules immobilisées. La stratégie adoptée pour le développement de ces matériaux est une construction du biocapteur réalisée étape par étape. Les différentes couches le constituant ont été caractérisées par différentes techniques de surface telles que les techniques électrochimiques et optiques, la microscopie électronique à balayage et la microscopie électronique à force atomique. Les propriétés des biocapteurs ont été suivies à travers les propriétés redox des groupes ferrocényles et naphtoquinone. La détection électrochimique de l'ADN cible évaluée avec ces biocapteurs à base de polypyrrole nanostructure montre une sensibilité de détection plus élevée que celle du biocapteur à base de polypyrrole couche compacte. Cela démontre le potentiel d'utilisation de la surface élevée des nanostructures polypyrrole comme transducteur et l'utilisation des approches de modification douce. Les biocapteurs ont été appliqués à la détection de l'ADN dans des échantillons réels d'ADN génomique de Mycobacterium tuberculosis et de l'ADN muté présentant la résistance de la rifampicine. Les biocapteurs basés sur des nanostructures de polypyrrole démontre une application potentielle dans la détection d'ADN et la capacité à discriminer le gène rpoB du mutant et pourrait être utilisé comme plate-forme dans la technologie des biocapteurs.
Author: Sandie de Bonnault Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
Book Description
Malgré le nombre croissant de capteurs dans les domaines de la chimie et la biologie, de nombreuses réactions n'ont pas encore été correctement identifiées et étudiées. C'est entre autres le cas des interactions intermoléculaires à l'interface liquide/solide trouvées dans les chimies de surface utilisées pour les méthodes de diagnostics médicaux et l'identification de divers processus biologiques. Afin de correctement comprendre les mécanismes en jeux, il est important de pouvoir croiser différentes méthodes de détection pour obtenir des informations complémentaires.MuLe principal objectif de cette étude est de dimensionner, fabriquer et caractériser un détecteur optique intégré sur verre basé sur la résonance plasmonique de surface, destiné à terme à être combiné avec d'autres techniques de détection. La résonance plasmonique de surface est une technique reconnue pour sa sensibilité adaptée à la détection de surface, qui a l'avantage d'être sans marquage et permet de fournir un suivi en temps réel de la cinétique d'une réaction. L'avantage principal de ce capteur est qu'il a été dimensionné pour une large gamme d'indice de réfraction de l'analyte, allant de 1,33 à 1,48. Ces valeurs correspondent à la plupart des entités biologiques associées à leurs couches d'accroche, particulièrement les matrices de polymères. Ces matrices sont de plus en plus utilisées non seulement pour leur capacité à augmenter la densité d'analytes présents à la surface du capteur, mais aussi pour leurs propriétés favorisant l'adsorption spécifique et leur utilisation comme élément actif de reconnaissance biologique.Étant donné que beaucoup d'études biologiques nécessitent la comparaison de la mesure à une référence ou à une autre mesure, le second objectif du projet est d'étudier le potentiel du système SPR intégré sur verre pour la détection multianalyte.MuLes trois premiers chapitres se concentrent sur l'objectif principal du projet. Le dimensionnement du dispositif suivant un cahier des charges préétabli est présenté, ainsi que les outils de simulation. Le procédé de fabrication de la puce optique sur verre est ensuite décrit, ainsi que les instruments et protocoles de caractérisation. Une comparaison est faite entre les simulations et les résultats expérimentaux, et les performances des outils numériques ainsi que celles du dispositif sont évaluées.Le dernier chapitre de la thèse présente l'étude de plusieurs techniques de multiplexage spectral adaptées à un système SPR intégré, exploitant en particulier la technologie sur verre. L'objectif est de fournir au moins deux détections simultanées. Dans ce cadre, plusieurs solutions sont proposées et les dispositifs associés sont dimensionnés, fabriqués et testés.
Author: Rita Maalouf
Author: Basma Khadro
Author: Hamidreza Shirzadfar
Author: Elnaz Ghodsevali
Author: Valérie Duplan
Author: Nadia El Alami el Hassani
Author: JEAN-LUC.. BESOMBES
Author: Quentin Palomar
Author: Rabih Khoder
Author: Sandie de Bonnault