Développement de réseaux multiplexés de biocapteurs électrochimiques

Frédérique Deiss

Description

Sous la direction de Neso Sojic
Thèse soutenue le 20 novembre 2009: Bordeaux 1
Ce travail de thèse a porté sur le développement de réseaux de micro- et nanocapteurs opto-électrochimiques pour la bioanalyse. Ils répondent à la demande grandissante dans le domaine de la recherche et du diagnostic pour des outils permettant de réaliser de multiples analyses simultanément avec des échantillons de faibles volumes. Ces nouvelles biopuces de haute densité sont fabriquées à partir de faisceaux cohérents de fibres optiques. Une des deux faces est micro- ou nanostructurée par une attaque chimique, puis fonctionnalisée avec une sonde biologique. La première biopuce est un réseau de nanocapteurs fluorescents à ADN où les sondes ont été immobilisées grâce aux propriétés d’électropolymérisation du pyrrole. La lecture est réalisée à distance au travers du faisceau d’imagerie. En combinant la technique d’immobilisation avec des microleviers électrochimiques, plusieurs sondes différentes ont pu être adressées sur le même réseau nanostructuré. La seconde biopuce permet d’effectuer des immunodosages multiplexés en utilisant l’imagerie électrochimiluminescente résolue à l’échelle d’une microsphère. Le développement de cette technique permet de combiner les avantages de l’électrochimiluminescence avec des immunodosages multiplexés. L’élaboration de ces réseaux allie différentes techniques physico-chimiques, notamment électrochimiques, pour obtenir des biopuces avec un fort potentiel, grâce à une densité et un degré de multiplexage importants.
-Biopuce
-Réseau
-Détection d'ADN
-Immunodosage
-Multiplexage
-Faisceau de fibres optiques
-Nanocapteur
-Microlevier
-Ultramicroélectrode
-Imagerie
-Electrochimiluminescence
-Fluorescence
This work presents the development of optoelectrochemical micro- and nanosensor arrays for bioanalytical applications. These platforms respond to the growing need in research and diagnostic for tools allowing multiple and simultaneous analysis in small-volume samples. These new high density biochips are made from coherent optical fiber bundles: one face is micro- or nanostructured by chemical etching and then functionnalized with biological probes. The first biochip is a fluorescent DNA nanosensor array where probes have been immobilized by electrodeposition of a polypyrrole thin film. The detection of the hybridization is remotely performed through the imaging fiber. Different probes were succesfully addressed onto the same nanostructured array thanks to electrochemical cantilevers. The second biochip allows multiplexed sandwich immunoassays using electrochimiluminescent imaging resolved at the single bead level. In particular, the development of this new readout mechanism allows extending electrochemiluminescent detection for multiplexed immunoassays. Design and implementations of both platforms take advantages of different physical and chemical techniques, especially electrochemical, to obtain biochips with a great potential through high density and high multiplexing level.
-Biochip
-Array
-DNA detection
-Immunoassay
-Multiplexing
-Optical fiber bundle
-Nanosensor
-Microbead
-Ultramicroelectrode
-Electropolymerisation
-Cantilever
-Imaging
-Electrochemiluminescence
-Fluorescence
Source: http://www.theses.fr/2009BOR13883/document

Sujets

• Puce à ADN
• Réseau
• Multiplexage
• Nanocapteur
• Imagerie
• Porte-à-faux

Informations

• Publié par: Thesee
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• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 7 Mo

Extrait

N° d’ordre : 3883





THÈSE

PRÉSENTÉE A

L’UNIVERSITÉ BORDEAUX 1
ÉCOLE DOCTORALE DES SCIENCES CHIMIQUES
Par
Frédérique DEISS

POUR OBTENIR LE GRADE DE

DOCTEUR
SPÉCIALITÉ : Chimie - Physique



Développement de réseaux multiplexés de
biocapteurs électrochimiques




Soutenue le 20 Novembre 2009


Devant la commission d’examen formée de :

M. KUHN Alexander Professeur, ENSCBP, Université Bordeaux 1 Président du jury
M. LACROIX Jean-Christophe Professeur, ITODYS, Université Paris 7 Rapporteur
M. PAOLUCCI Francesco Professeur, Università di Bologna Rapporteur
M. LIVACHE Thierry Directeur de recherche, CEA Grenoble Examinateur
M. SOJIC Neso Professeur, ENSCBP, Université Bordeaux 1 Directeur de thèse

- 2009- Remerciements
Le travail présenté dans ce mémoire à été réalisé au sein du groupe Nanosystèmes
Analytiques de l’Institut des Sciences Moléculaires (ISM) de Bordeaux. Je remercie Philippe
Garrigues, directeur de l’ISM et plus particulièrement, je souhaite remercier chaleureusement
Alexander Kuhn pour son accueil dans son groupe, son soutien, ses conseils et pour les
excellentes conditions de travail dont j’ai bénéficié tout au long de ma thèse.
Je tiens à adresser mes plus vifs et sincères remerciements à Neso Sojic, mon directeur
de thèse. En plus de me supporter pendant trois ans, il a su m’aider à évoluer tant pour me
préparer à une carrière professionnelle que dans ma vie personnelle. Je le remercie pour la
confiance qu’il m’a accordée et pour toutes les merveilleuses opportunités qu’il a su me créer
notamment au travers de séjours très enrichissants dans d’autres laboratoires. Il m’a aussi
permis de m’essayer à l’enseignement en me permettant d’encadrer des travaux pratiques
d’électrochimie au sein de l’Ecole Nationale Supérieure de Chimie et Physique de Bordeaux.
Nos discussions, même dans les moments les plus critiques, m’ont beaucoup apporté. Il a été
à mon écoute et, lorsque physiquement cela lui était impossible, il a toujours trouvé un moyen
d’être présent et disponible pour moi. Si ce travail de thèse a pu aboutir et que j’ai pu lui
« offrir » des résultats c’est avant tout parce qu’il a su réunir pour moi les conditions idéales
tant matérielles qu’intellectuelles. Pour tout cela et plus, je lui suis extrêmement
reconnaissante.
Je tiens également à remercier Jean-Christophe Lacroix et Francesco Paolucci de
l’intérêt qu’ils ont montré à l’égard de mon travail en acceptant d’en être les rapporteurs, ainsi
que Thierry Livache pour avoir accepté de participer à mon jury de thèse.
Ce travail interdisciplinaire a largement profité de collaborations en France, mais aussi
à l’international. Je remercie l’équipe de Thierry Livache du CEA de Grenoble, Liviu Nicu du
Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes à Toulouse, Nathalie Berthet-Duroure
de la société MicroBioChips, le groupe de David R. Walt de l’Université de TUFTS à Boston.
J’exprime aussi ma gratitude envers Paolo Ugo et Paolo Pastore qui m’ont accueilli dans leur
groupe respectivement à Venise et Padoue pour travailler sur des projets non présentés dans
ce manuscrit. Je souhaite également remercier en particulier Michel Lahaye pour les analyses
par microsonde de Castaing et Auger, ainsi que Martial Billon pour la synthèse du complexe
électrochimiluminescent biotinylé. Je souhaite remercier la région Aquitaine qui a financé ma thèse et ainsi permis la
réalisation de ce travail de recherche pendant trois ans. J’adresse mes remerciements à l’Ecole
Doctorale des Sciences Chimiques de l’université de Bordeaux 1 pour les soutiens financiers
qui m’ont été accordés à deux reprises pour participer à des congrès. De même, je remercie la
division électrochimique de la Société Chimique de France pour l’attribution d’une bourse de
participation aux Journées d’Electrochimie 2009.
Je remercie très chaleureusement Patrick Garrigue pour son soutien pratique avec
notamment le polissage de nombreuses fibres et tous les dépôts d’ITO, mais surtout moral. Il
a su être une oreille attentive à mon flot de paroles qui, comme chacun le sait, est très
important. Toujours de bonne humeur et patient avec tous ces thésards contrariés qui
l’entourent, il a contribué de façon indispensable à l’ensemble de mon travail et de mon
quotidien durant ces trois années. J’espère que cela sera le ciment d’une amitié durable (sinon
je lui enverrais quelques gâteaux ou des cacahuètes pour être sûre).
Je souhaite également adresser mes remerciements à l’ensemble des membres du
groupe Nanosystèmes Analytiques pour leur soutien, leurs conseils et leur gentillesse durant
ma thèse : Anne, Anne-Marie, Isabelle, Sabine, Sandra, Stéphane, Valérie. Nos nombreux
« café amélioré » durant ces trois années témoignent de la convivialité du groupe. J’adresse en
particulier un grand merci à Aline, notamment pour toutes les situations administratives
délicates dont elle nous a sorti, et à Véronique toujours disponible et souriante quel que soit le
souci.
Je tiens à remercier l’ensemble des étudiants avec qui j’ai pu partager un bout de
chemin, plus ou moins long : Marie-Laurence la doctorante qui m’a accueillie et montré le
chemin ; Valérie qui a toujours été présente si j’avais besoin de conseils, jusqu’à la ligne
d’arrivée, même à distance depuis Toulouse et maintenant Grenoble ; Emeline qui a eu une
contribution importante et indispensable dans l’élaboration de la biopuce à ADN et qui, a su
aussi m’apporter un soutien très chaleureux au quotidien ; Martina dont le sourire italien a
égayé notre travail ; Emanuela qui m’avait déjà guidée pendant mon stage de master et que
j’ai retrouvé avec grand plaisir pour ma thèse, son amitié m’a beaucoup aidé et m’est très
précieuse ; Emmanuel dont les longues conversations et son intérêt pour mes projets m’ont
très souvent permis de faire le plein d’énergie ; Christophe « Padawan », mon vis-à-vis de
bureau dont le soutien (et les blagues) facilitait les longues journées au labo, il a su me
témoigner son amitié dans des moments clés ; Matthias et Yemi, les jumeaux LB, pour leur
bonne humeur communicative, bon courage pour la suite ! ; Milena qui a eu la patience de
travailler avec moi dans ma dernière période où j’étais le stress personnifié ; mais aussi
Veronika, Noon, Matthias G., Lucie, Fiona, Gabriel, Laurent, Lisa, Léa ainsi que tous les
étudiants et stagiaires que je ne cite pas mais qui font tout autant partie de l’histoire de ma
thèse.
J’ai une pensée toute particulière pour Emilie, ma camarade de galère avec qui j’ai
partagé au quotidien les derniers mois de thèse. L’achèvement de ce manuscrit n’aurait pas été
possible sans le soutien et le réconfort qu’elle a su m’apporter tout au long de ce travail. Notre
amitié est née au début de nos thèses respectives, a résisté à la division entre les camps orga.
et électrochimie, puis a finalement été exaltée par ces innombrables heures de rédaction et de
préparation de soutenances ; j’espère qu’elle perdurera, même à distance, pour nous permettre
de nous épauler et de partager de bons moments tant dans nos vies personnelles que
professionnelles.
Je n’oublie pas non plus les étudiants et membres des groupes que j’ai pu visiter
durant cette thèse. Ils m’ont très bien accueilli tant dans leur laboratoire que leur culture, voire
même leur famille...
Un grand merci aussi à certaines « boules de poils » qui ont agi dans l’ombre, mais ont
eu un rôle clé pendant cette thèse.
Je remercie enfin ma famille et amis pour leur soutien et leurs encouragements, même
à distance, et cela, bien au-delà de ces trois années.
Que tous ceux dont le nom n’apparaît pas sur ces pages soient certains que je leur suis
tout autant reconnaissante pour l’aide qu’ils ont pu m’apporté.


Ce qui compte ne peut pas toujours être compté,
Et ce qui peut être compté ne compte pas forcément.
Albert Einstein

Table des matières
Liste des abréviations.................................................................................................