Développement et caractérisation de nouvelles familles de capteurs électrochimiques pour des applications biomédicales

Résumé

Les capteurs sont devenus partie intégrante de la vie pour améliorer la santé et le bien-être de l’Homme au quotidien. C'est pourquoi le développement d'outils analytiques sensibles, peu coûteux, à petite échelle et intégrables, capables de détecter et de quantifier des composés chimiques (moléculaires ou ioniques) en grandeur nature de manière simple et surtout dans une large gamme linéaire, est très demandé. Répondant à ces critères, les biocapteurs et les langues électroniques sont de véritables candidats lorsqu'ils sont associés à des techniques électrochimiques, devenues indispensables et imposantes par rapport aux techniques analytiques classiques. Ces raisons ont été la principale motivation de ces travaux de recherche développés au cours de cette thèse de doctorat ayant pour vocation de concevoir et réaliser de nouvelles familles de capteurs pour des applications dans le domaine biomédical. En effet, ce manuscrit décrit tout d'abord les polymères à empreintes moléculaires (PEMs) synthétisés en tant que récepteurs de capteurs pour détecter la créatinine et le glucose dans des échantillons d'urine et de salive humaines, respectivement. Ces capteurs PEMs ont été évalués sur une gamme de détection de 0,1 ng/mL à 1 µg/mL et de 0,5 à 50 µg/mL avec une limite de détection (LD) de 0,016 ng/mL et 0,59 µg/mL, respectivement. Ensuite, une deuxième famille de capteur à base de polymères à empreintes ioniques (PEIs) avec inclusion de nanoparticules d'or a été développée. Ce capteur PEIs a montré une LD de 0,275 µg/mL sur une plage linéaire de 0,5 à 50 µg/mL, et a été utilisé pour la détection des ions nitrites dans des échantillons d'haleine. Enfin, une troisième et dernière famille de capteurs comprenant un capteur électrochimique catalytique et un autre de type PEMs ont vu le jour en modifiant des électrodes sérigraphiées en carbone et en or avec du chitosane revêtu de nanoparticules d'or et de la poly-aniline revêtue de nanoparticules d'argent pour la détection de l'aspirine et du tramadol, respectivement. Des LD de 0,03 pg/mL et 9,42 µg/mL sur des plages de détection de 1 pg/mL à 1 µg/mL et de 0,01 à 100 µg/mL, respectivement ont été obtenues. Ces capteurs ont été expérimentés avec succès pour la détection de l'aspirine et du tramadol dans des échantillons de salive et d'urine humaines. Ces derniers échantillons ont été caractérisés par utilisation d’une langue électronique voltammétrique. Les bases de données des réponses des capteurs ont été traitées par des méthodes chimiométriques, à savoir l'analyse en composantes principales (ACP), l'analyse factorielle discriminante (AFD), les séparateurs à vastes marges (SVMs) et la régression partielle aux moindres carrés (RPMC), fonctionnant sous les logiciels MATLAB et Statistical Product and Service Solutions (SPSS). La morphologie des surfaces des électrodes a été étudiée par la microscopie électronique à balayage couplée à la spectroscopie à rayons X à dispersion d'énergie (MEB-SDE), la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (SIFT) et la microscopie à force atomique (MFA). Le comportement électrochimique des capteurs a été caractérisé par la voltammétrie cyclique (VC) et par la spectroscopie d'impédance électrochimique (SIE). En outre, la reconnaissance quantitative des analytes a été évaluée par la SIE et par la voltammétrie différentielle pulsée (VDP) avec des résultats très prometteurs, ce qui rend les capteurs viables, polyvalents pour une analyse quantitative non-invasive dans des applications biomédicales dans un avenir proche.

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