Capteurs-Electrochim-C-2004
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Capteurs et biocapteurs
électrochimiques
Daniel Thévenot, Régis Moilleron& Gilles Varrault, Cereve
Université Paris 12, ENPC, ENGREF (UMR-MA 102)http:// http:// www.enpc.fr/cereve/HomePages/thevenot/thevenot.htmlwww.enpc.fr/cereve/HomePages/thevenot/thevenot.html
IUPAC commission I.7
de Chimie biophysique
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Sommaire
1. Capteurs / électrodes métalliques(EM)
2. Capteurs / électrodes spécifiques
ioniques (ESI) 3. Capteurs / électrodes spécifiques à
gaz (ESG)
4. Biocapteurs / électrodes à enzymesBiocapteurs / électrodes à enzymesou anticorps immobilisé(e)sou anticorps immobilisé(e)s5. Conclusions et perspectivesConclusions et perspectives
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4. Biocapteurs électrochimiques
4.1.4.1. DéfinitionDéfinition des biocapteurs4.2.4.2. ClassementsClassements des biocapteurs4.3.4.3. ConstituantsConstituants des biocapteurs :
sélectivité et sensibilitésélectivité et sensibilité, étapecinétiquementcinétiquement limitante
4.4.4.4. OriginalitéOriginalité des biocapteurs
4.5.4.5. Utilisation de biocapteursUtilisation de biocapteurs en milieuxmilieuxaquatiques : possibilités & limitesaquatiques : possibilités & limites
4.6.4.6. ConclusionConclusion etet perspectivesperspectives
Sommaire
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4. Biocapteur : 4.1. Définition (IUPAC)
D.R. Thévenot, K. Toth, R.A. Durst & G.S. Wilson(1999) Electrochemical biosensors: recommendeddefinitions and classification. Pure and AppliedChemistry, 71 (12), 2333-2348
Self-contained, integratedintegrated device Nomenclature
BiologicalBiological recognition element = receptorreceptor
PhysicoPhysico
--chemicalchemical transducer =
transducertransducer
Ability to be repeatibly calibratedrepeatibly calibrated Either continuouscontinuous operation
Or rapidly and reproducibly regeneratedregenerated
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4. Biocapteur : 4.1. Définitions
Principe de fonctionnement & nomenclature
Retour au sommaire biocapteur
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4. Biocapteurs : 4.2. Classement
4.2.1. Type de reconnaissance moléculairereconnaissance moléculaire
(récepteur)(récepteur) CatalyseCatalyse enzymatique, métabolisme cellulaire ou
tissulaireFonctionnement continu possible véritable capteur!Enzyme purifié ou présent dans des cellules ou tissus
Oxydases, déshydrogénasses, hydrolases...
Formation de biobio--complexecomplexe: réactionimmunologique, récepteur membranaireNécessité d’amplificationd’amplification (enzyme, fluorescence...) et
de régénérationrégénération (pour fonctionnement séquentiel)
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4. Biocapteurs : 4.2. Classement
4.2.1. Type de reconnaissancereconnaissance
moléculairemoléculaire (suite) Mode de fonctionnementfonctionnement des membranes
Catalytiques : fonctionnement continuChélatantes : nécessité de régénération
Caractère commun entre les 2 types de
membranes à reconnaissance biologique ConsommationConsommation (locale) de l’espèce mesurée :
mesure stationnairestationnaire (si agitation) ou transitoiretransitoire
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4. Biocapteurs : 4.2. Classement
4.2.2. Type de transducteurtransducteur associé ElectrochimiqueElectrochimique
Ampérométrique, potentiométrique,conductimétrique, FET
OptiqueOptiqueOptrode, résonance de plasmon de surface (SPR)
EnthalpimétriqueEnthalpimétrique
Micro-calorimétrie MassiqueMassique
Quartz piézo-électriques, ondes acoustiques desurface
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4. Biocapteurs : 4.2. Classement
4.2.3. Classement par espèceClassement par espèce(s) détectée(s)
SubstratsSubstrats de réactions biologiques
Sucres, acides aminés, alcools, phénols...
NutrimentsNutrimentsMicro-DBO (micro dans sa durée et non sa taille !)
InhibiteursInhibiteurs, toxiques
Pesticides (organo-phosphorés), métaux,
fluorures...
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4. Biocapteurs : 4.2. Classement
Que retenir dans le classement ?
1. Type de reconnaissance moléculaireCatalytique: enzyme(s)Chélatante: complexe antigène-anticorpsDans les 2 cas: consommation de substrat
2. Type de transducteurAmpérométriquePotentiométrique
3. Type d’espèce détectée SubstratNutrimentToxique Retour au sommaire biocapteurRetour au sommaire biocapteur
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4. Biocapteurs : 4.3. Constituants
4.3.1. Mode d’immobilisationd’immobilisation du récepteurdans/sur la membrane Emprisonnement ou inclusion : facile, ± stable
Gel ou membrane préparée en présence d ’enzyme(s) Adsorption du membrane : facile & peu stable
Liaison covalente, réticulation sur membrane :± complexe mais stableActivation de la membrane, activation de l ’enzyme et
réaction spontanéeContact d ’enzyme avec une membrane activée
StabilitéStabilité de l ’activité de la membrane 3 éléments: membrane + liaison physique ou
chimique (immobilisation) + activité enzyme
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4. Biocapteurs : 4.3. Constituants
4.3.1. Mode d’immobilisationd’immobilisation du récepteur
dans/sur la membrane Inclusion dans gel ou co-polymérisation
Adsorption Adsorption &
réticulation Liaison covalenteLiaison covalente
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4. Biocapteurs : 4.3. Constituants
4.3.2. Rôle des cinétiques enzymatiquescinétiques enzymatiques
hétérogèneshétérogènes
-Enz
-Enz
-Enz
-Enz
Ssolution
Réaction
Transport
T r a
n s
d u
c t e
u r
( é l e
c t r o
d e
)
M e m
b r a n e
) TransportPsolution
Pmemb.
Composition de la solution analysée
modifiée, par la réaction, sur une épaisseurépaisseur δδδδδδδδ(δδδδδδδδ fonction de l ’agitation de la solution)
S: substrat(s)P: produit(s)de la réaction
catalysée parl ’enzyme
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4. Biocapteurs : 4.3. Constituants
4.3.2. Rôle des cinétiques enzymatiquescinétiques enzymatiqueshétérogèneshétérogènes TransportTransport du/des substrat(s) S vers le site
réactionnel (surface ou intérieur membrane)V = (DS / δδδδ) (Ssolution - Smembrane)
avec δδδδ
si agitation
avec DS diffusion substrat S et δδδδ épaisseur couchemodifiée
RéactionRéaction du/des substrat(s) S catalysée par
l ’enzyme (Michaelis-Menten)V = Vmax . Smembrane / (Smembrane + KM,S) avec Vmax activité enzymatique et KM,S (Michaelis) transport de partie du/des produits P vers le
transducteur ( réponse) et vers l ’échantillon (inutile)
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4. Biocapteurs : 4.3. Constituants
4.3.2. Rôle des cinétiques enzymatiquescinétiques enzymatiqueshétérogèneshétérogènes Quelle étape la plus lente : cinétiquementlimitante? TransportTransport ou réactionréaction ? Régime diffusionnel si transport = étape la +
lenteVmax / KM,S >> DS / δδδδ forte activité immobilisée Vmax et/ou barrière
diffusionelle externe (DS faible) réponse ‘ indindéépendantependante ’ de l ’activité immobilisée
TB! Régime chimique si réaction = étape la + lenteVmax / KM,S << DS / δδδδ faible activité immobilisée et/ou forte agitation (δδδδ) réponse ‘ dépendante ’ de l ’activité immobilisée =>
peu souhaitable pour instrumentation analytique !
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4. Biocapteurs : 4.3. Constituants
4.3.3. TransducteurTransducteur électrochimique associé
Electrode métallique : H2O2, Fe(CN) 63/4 -
… Electrode spécifique ionique : H30+, NH4
+… Electrode spécifique à gaz : O2, CO2, NH3..
1. Transducteurampérométrique
oupH métrique2. Membraneenzymatique
Membrane perméableaux gaz
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4. Biocapteurs : 4.3. Constituants
Que retenir sur l’immobilisation ?
1. Immobilisation du récepteur (enzyme) Inclusion ou rétentionAdsorption: peu stableLiaison covalente: stable mais plus complexe
2. Cinétiques hétérogènesRégime chimique: cinétique enzymatique limitanteRégime diffusionnel: transport du substrat limitant
(permet une plus grande stabilité du capteur) 3. Transducteur électrochimique
EM (H2O2), ESI (pH) ou ESG (Clark, CO2, NH3…)
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4. Biocapteurs : 4.4. Originalité
4.4.1. Sélectivité:Sélectivité: détecteur & transducteurdétecteur & transducteur Catalyse enzymatique: très / peu sélective
Glucose oxydase, alcools oxydase, amino-acides oxydasEnzyme(s) purifié ou cellule / tissus biologique
Anticorps mono- ou multi-clonal: très/peu sélective
Transducteur associé: très / peu sélectif 4.4.2. Amélioration de la sélectivitésélectivité
Membrane sélective supplémentaireAcétate de cellulose (anionique): arrêt de l’ascorbate
Transducteur électrochimique: Eappl. + faibleUtilisation de catalyseurs supplémentaires
Montage différentiel à 2 capteurs (≈≈≈≈ colorimétrie)
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4. Biocapteurs : 4.4. Originalité
4.4.2. Amélioration de la sélectivitésélectivité
Montage différentieldifférentiel : soustraction des réponses Suppression réponse aux interférents électrochimiques
Capteursans enzymesans enzyme
Biocapteurà enzymeenzyme
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4. Biocapteurs : 4.4. Originalité
4.4.3. SensibilitéSensibilité plus élevée que si réactionplus élevée que si réaction
homogène (dosage par kit enzymatique)homogène (dosage par kit enzymatique) Intégration de la reconnaissance moléculaire
et de la transduction du/des produits de laréaction
Pas de dilution dans l’échantillon
Amplification de la réaction principale àl’aide de réaction supplémentaire
Utilisation de seconde réaction enzymatique
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4. Biocapteurs : 4.4. Originalité
4.4.4. StabilitéStabilité: méthodes d ’évaluation
Stabilité opératoireopératoire (fonctionnelle)(fonctionnelle)Même biocapteur, calibration séquentielle, répétée Stabilité auau stockagestockage
Différent biocapteurs issus d ’un même lot
(homogène) de production: diverses durées stockage DépendDépend de: membrane, enzyme, immobilisation Durée de vieDurée de vie: modes d ’expression
Durée (quelques heures à quelques mois) 50 % de décroissance de la sensibilité : tt1/21/2 soit en fonctionnementfonctionnement soit au stockagestockage
Vitesse de décroissancedécroissance de la sensibilitéde la sensibilité :: %/mois%/mois
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4. Biocapteurs : 4.4. Originalité
Que retenir de leur originalité ? 1. Spécificité ou sélectivité du capteur
Spécificité ou sélectivité enzymatique Molécule: glucose oxydase, uréase
Famille: alcool oxydase
Spécificité ou sélectivité du transducteur 2. Amélioration de la sélectivité
Montage différentiel
Membrane permsélective 3. Sensibilité élevée
Intégration spatiale du détecteur et transducteur
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4. Biocapteurs : 4.4. Originalité
Que retenir de leur originalité ?
4. StabilitéModes d’évaluation à bien définir
Au stockage ou en fonctionnement
Dépend de tous les constituants du capteur et durégime cinétique utilisé Régime diffusionnel ou chimique ?
Durée d’utilisation comprise entre 1 semaine: dispositifs de recherche
Plusieurs années: dispositifs commercialisés
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4. Biocapteurs : 4.5. Applications
4.5. ApplicationApplication des biocapteurs
électro-chimiques 4.5.1. Mesure de substratssubstrats :
Substrats simples de réactions enzymatiques
Applications médicales, environnementales ouagro-alimentaires
4.5.2. Exemple de biocapteur à uréebiocapteur à urée Sucres, acides aminés, phénols, métabolites…
Mesure de matière oxydablematière oxydable Mesure d’inhibiteursd’inhibiteurs enzymatiques
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4. Biocapteurs : 4.5.2. Urée
4.5.2. UréaseUréase immobilisé & détecteur NH3
•• Réponse stationnaireRéponse stationnaire∆∆∆∆∆∆∆∆E = pente . log [urE = pente . log [uréée]e]O=C(NH2)2 + H2O =>
2 NH4+ + HCO3
-
• NHNH44++
détecté via NH3• pH optimal définidéfini:
• pH = 7 pour uréase
• pH > 9,2 détection NH
• AgitationAgitation nécessaire pourréponse stationnairestationnaire• RemplissageRemplissage dubiocapteur
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4. Biocapteurs : 4.5. Applications
4.5. ApplicationApplication des biocapteurs
électro-chimiques 4.5.1. Mesure de substratssubstrats :
4.5.2 Exemple de biocapteur à urée
4.5.3. Exemple de biocapteur à glucosebiocapteur à glucose
Acides aminés, phénols, métabolites…
Mesure de matière oxydablematière oxydable
Mesure d’inhibiteursd’inhibiteurs enzymatiques
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4. Biocapteurs : 4.5 3. Glucose
4.5.3.1. Réaction enzymatique
ββββββββ D Glucose oxydaseD Glucose oxydase (GOD ou GOx)immobilisée
ββββ D Glucose + O2 => Gluconate + H3O+ + H2O2
K = 9,3 .1023 à pH 5,7 => rrééactionaction totaletotale (siGOx présent et actif )
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4. Biocapteurs : 4.5 3. Glucose
4.5.3.2. Transducteurs associés : 3possibilités Capteur de pHpH : non spécifique au gluconate Capteur à oxygoxygèènene : très spécifique, mais
réponse décroît si glucose Capteur métallique (Pt) oxydation Hoxydation H22OO22 :
peu spécifique à H2O2 mais réponse avecglucose
Conditions de fonctionnementConditions de fonctionnement du capteurMilieu à pH neutre (sang à pH 7,2)Présence d’oxygène dissous
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4. Biocapteurs : 4.5.3. Glucose
I (nA)
T (min)
3 mM
3 mM
3 mM
3 mM
∆∆∆∆∆∆∆∆I (nA)I (nA)
4.5.3.3.
Calibration Électrode de Pt:
oxydation de H2O2
Réponses à desadditions deadditions deglucose 3 mMglucose 3 mMdans une solution
tampon (pH 7,4) Mesures des
réponses
stationnaires ∆Ι∆Ι∆Ι∆Ι∆Ι∆Ι∆Ι∆ΙTemps (min)
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4. Biocapteurs : 4.5.3. Glucose
0 3 6 9 12 15 18
[Glucose total]
0
5
10
15
20
25I - I0 (nA) 4.5.3.3.
CalibrationCalibration desréponsesstationnaires du
biocapteur :I-I0 = f(glucose)total
Soustraction dusignal de fond I
0 Quel domaine dedomaine de
linéaritélinéarité ?
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4. Biocapteurs : 4.5.3. Glucose
0 3 6 9 12 15 18 21
[glucose total]0
0,5
1
1,5∆∆∆∆I / ∆∆∆∆C (nA/mM)
domaine de linéarité
4.5.3.3. Calibration Sensibilité stationnaire S (réponse
relative) = ∆∆∆∆∆∆∆∆I/ I/ ∆∆∆∆∆∆∆∆CC Domaine de linéarité de la
réponse lorsque
S =S = ∆∆∆∆∆∆∆∆I/ I/ ∆∆∆∆∆∆∆∆C = constanteC = constante [glucose]max. indicateur de
l’étape cinétiquementl’étape cinétiquementlimitantelimitante Ici diffusiondiffusion du glucose vers le
site réactionnel (membrane àGOx)
Car [glucose]max > KM,glu
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4. Biocapteurs : 4.5.3. Glucose
Réponse
stationnairestationnaire :
IIstatstat.. = s [glu]= s [glu]
Réponse
transitoire:
(dI/dt)max.
= s [glu]
4.5.3.3.
Calibration
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4. Biocapteurs : 4.5.3. Glucose
Polyurethanemembrane
Pt-Ir anode
Ag - cathode
450 µ m o.d.
Teflon
Sensing cavity : Cellulose acetateGOx + BSA + GA250 µm o.d.
Ag / AgCl
Teflon
170 µm o.d.
100 µm o.d.
4.5.3.4. Biocapteur implantable (KU, Paris 12,INSERM)
Brevet US 5,165,407 (24/11/1992)Brevet US 5,165,407 (24/11/1992)
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4. Biocapteurs : 4.5.3. Glucose
4.5.3.4.Biocapteur implantable (Université de
Manchester) capteurcapteur extrémitéextrémité (anode de Pt 125 µm)
et électrode auxiliaire / référence en acier inox
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24/11/2004 D. Thévenot: Capteurs-Electrochim-C-2004.ppt 35Sensor Research Center, Greifswald, Allemagne
4. Biocapteurs : 4.5.3. GlucoseSuivi de la glycémie sur un volontaire non diabétiquemesure continue sous-cutanée (ligneligne) et ponctuelle plasmatique ()
Absorption 100 g Glu Injection 12 g Glu
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4. Biocapteurs : 4.5.3. Glucose
4.5.3.4. Biocapteur jetable (MediSense) Languette à usage
unique avec zone
d’insertion-aspiration de lagoutte de sang
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4. Biocapteurs : 4.5.1. Substrats
Que retenir sur les biocapteurs à substrats?
Les plus étudiés, publiés, brevetés,commercialisés Marché agro-alimentaire mais surtout médical
Diabète = maladie touchant une part importante dela population et entraînant des problèmesimportants: reins, vision…
Nécessite la mesure multi quotidienne de la glycémie
sanguine (pour injection d’insuline) 2 approches complémentaires
Capteur à usage unique
Capteur implanté in vivo
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4. Biocapteurs : 4.5.1. Substrats
Que retenir sur les biocapteurs à substrats?
Multiplicité de transducteurs électrochimiquespossiblesEau oxygénée produite
Oxygène consommé
Bonne stabilité (conservation etfonctionnement) de la glucose oxydase
Possibilité de commercialisation de capteurs à usageunique (sans étalonnage par usager)
Développements industriels et scientifiques
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4. Biocapteurs : 4.5. Applications
4.5. ApplicationApplication des biocapteurs
électro-chimiques 4.5.1. Mesure de substratssubstrats
4.5.2. Exemple de biocapteur à urée
4.5.3. Exemple de biocapteur à glucose 4.5.4. Exemple de mesure d’acide aminé et
métabolites Mesure de matière oxydablematière oxydable
Mesure d’inhibiteursd’inhibiteurs enzymatiques
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4. Biocapteurs : 4.5.4. Métabolites
4.5.4. Capteur à L aminoacidesL aminoacides (spécifique(spécifiquedd ’1 famille)’1 famille) a.a oxydase capteur
à O2
courbesde cali-bration
à diffé-rentamino-acides
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Dispositif de mesure ponctuelle Dispositif d’analyse à circulation
SensLab GmbH, Leipzig (alcool, glucose, lactate, glutamate
4. Biocapteurs : 4.5.4. Métabolite
4 Bi 4 5 A li i
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4. Biocapteurs : 4.5. Applications
4.5. ApplicationApplication des biocapteurs
électro-chimiques : 4.5.1. Mesure de substratssubstrats
4.5.5. Mesure de matière oxydablematière oxydable (levureimmobilisée) :
Micro-DBO: capteur à demandebiologique en oxygène (réponse en ½ h)
Mesure d’inhibiteursd’inhibiteurs enzymatiques
4 Bi t 4 5 5 Mi DBO
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24/11/2004 D. Thévenot: Capteurs-Electrochim-C-2004.ppt 43
4. Biocapteurs : 4.5.5. Micro-DBO
4.5.5. Capteur à Demande Biologique en
Oxygène (DBO) Capteur à O2 avecmembrane en téflon
Levures immobilisées
dans une membranemembrane
EchantillonEchantillon aéré : circu-
lation
4 Bi t 4 5 5 Mi DBO
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4. Biocapteurs : 4.5.5. Micro-DBO
Biosensores SL, Moncofar, Espagne Suivi du fonctionnement de stations
d ’épuration
4 Bi t 4 5 5 Mi DBO
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Suivi continu de la DBO en entréeentrée et sortiesortie de lastation d’épuration de Valence (Alboraya)
4. Biocapteurs : 4.5.5. Micro-DBO
Biosensores SL, Moncofar, Espagne
4 Bi t 4 5 A li ti
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4. Biocapteurs : 4.5. Applications
4.5. ApplicationApplication des biocapteurs
électrochimiques 4.5.1. Mesure de substratssubstrats
4.5.5. Mesure de matière oxydablematière oxydable 4.5.6. Mesure d’inhibiteursd’inhibiteurs enzymatiques
Pesticides, métaux lourds, fluorures…
Intérêt environnemental: soutien EuropéenExemple de biocapteur à pesticidesbiocapteur à pesticides
4 Biocapte rs : 4 5 6 Pesticides
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4. Biocapteurs : 4.5.6. Pesticides
4.5.6.1. Importance de la mesure des
pesticidespesticides Contrôle de la qualité des eaux
(réglementation Européennes)
4.5.6.2. Toxicité des pesticides en relationavec leur inhibitioninhibition de l ’AChEAChE 4.5.6.3. Développement de biocapteur
miniaturisé à AChEminiaturisé à AChE pour leur mesuredans échantillons aqueux ou organiques(G. Turdean, Univ. Cluj, Roumanie)
4 Biocapteurs : 4 5 6 Pesticides
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4. Biocapteurs : 4.5.6. Pesticides
4.5.6.4 Détection
Type 1. MélangeMélange Pesticide + ASCh :Addition 0,2 ou 1 mM ASCh => I0
Addition de pesticide => ∆∆∆∆I = I0 - I
∆∆∆∆I / I0 vs log [pesticide] => courbe calibrationcourbe calibration Type 2. Incubation avec le pesticide seulpesticide seul
Courbe de calibration ASCh, i.e. I vs [ASCh]
Incubation 30 min avec pesticide (sans ASCh)Courbe de calibration ASCh (sans pesticide) =>
inhibition : diminution de la sensibilitéinhibition : diminution de la sensibilité
4 Bi t 4 5 6 P ti id
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24/11/2004 D. Thévenot: Capteurs-Electrochim-C-2004.ppt 49
4. Biocapteurs : 4.5.6. Pesticides
Type 1: InhibitionAChE par [pesticide]= 0.1-10 µM avec
[ASCh] = 200 µM Moyenne de 4 capteurs
10% inhib. = 0,4 µM0,4 µM
ParaoxonParaoxon ::
C H O
C H O
O
P - O - C H -NO5
52
2
256
[AChE] = 480 mU/mm2
tampon phosphate pH 8
à 30°C
E=+410 mV vs Ag/AgCl
0,1 10
20
40
60
80
100
∆ ∆∆ ∆ I / I o ( %
)
log [paraoxon] (µM)
Détection de type I
4 Biocapteurs : 4 5 6 Pesticides
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24/11/2004 D. Thévenot: Capteurs-Electrochim-C-2004.ppt 50
4. Biocapteurs : 4.5.6. Pesticides
LimiteLimite détectiondétection insecticide organophosphoré
(10% inhibition) [AChE] Trichlorfon (Dipterex) 5 - 55 µM 5-150 mU/mm2
Paraoxon 0,4 µM 480 mU/mm2
RégénérationRégénération (30 min, 1 mM 2-PAM) 85-90 % => réversibilitéréversibilité de l’inhibition insecticide
4 Biocapteurs : 4 5 Applications
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24/11/2004 D. Thévenot: Capteurs-Electrochim-C-2004.ppt 51
4. Biocapteurs : 4.5. Applications
4.5. ApplicationApplication des biocapteurs électro-
chimiques : 4.5.1. Mesure de substratssubstrats 4.5.5. Mesure de matière oxydablematière oxydable 4.5.6. Mesure d’inhibiteursd’inhibiteurs enzymatiques
4.5.7.4.5.7. Biocapteurs à ADNOxydation électrochimique de la guanineFonction de l ’état d ’hybridation de l ’ADNPermet la reconnaissance d ’ADN
4 Biocapteurs : 4 5 7 ADN
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24/11/2004 D. Thévenot: Capteurs-Electrochim-C-2004.ppt 52
Université de Florence
Biocapteur électrochimique : ‘hybridation’ ADN
Biocapteur électrochimiquepour détection de
l’hybridation de l ’ADN
Biocapteur électrochimiquepour molécules se liant à ADN
4. Biocapteurs : 4.5.7. ADN
4 Biocapteurs : 4 5 Applications
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24/11/2004 D. Thévenot: Capteurs-Electrochim-C-2004.ppt 53
4. Biocapteurs : 4.5. Applications
4.5. ApplicationApplication des biocapteurs
électro-chimiques 4.5.1. Mesure de substratssubstrats 4.5.5. Mesure de matière oxydablematière oxydable
4.5.6. Mesure d’inhibiteursd’inhibiteurs enzymatiques 4.5.7. Biocapteurs à ADN
4.5.8. Micro-capteurs et micro-cellules de mesure
4 Biocapteurs : 4 5 8 Miniature
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Micro système
bioanalytique avecun réseau de
biocapteur et
mélangeur deréactifs
Institute of Microsystem Technology (IMTEK),Université de Freiburg, Allemagne
4. Biocapteurs : 4.5.8. Miniature
Retour au sommaire biocapte
4 Biocapteurs : 4 5 Applications
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24/11/2004 D. Thévenot: Capteurs-Electrochim-C-2004.ppt 55
4. Biocapteurs : 4.5. Applications
Que retenir sur les applications ?
Très grand foisonnement de proposition decapteurs & instruments
Exploitant le principe des biocapteurs
électrochimiques Souvent de dissémination/valorisation
limitéeComplexité du passage de la recherche à la
réalisation industrielle
Moyens et objectifs très différents !
4. Biocapteurs : 4.6. Conclusions
5/12/2018 Capteurs-Electrochim-C-2004 - slidepdf.com
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24/11/2004 D. Thévenot: Capteurs-Electrochim-C-2004.ppt 56
4. Biocapteurs : 4.6. Conclusions
PotentialitésPotentialités très importantes des biocapteurs
Diversité, sélectivité, sensibilité ComplexitéComplexité opérationnelle des biocapteurs
Multi-disciplinarité des compétences nécessaires
Effets de modemode et perspectivesperspectives des progrès en Electrochimie, miniaturisation, optique, immunologie,
ADN, production industrielle, traitement de signal
Difficultés spécifiques aux mesures en eauxeauxnaturelles ou uséesnaturelles ou usées
Retour au sommaire biocapteurRetour au sommaire biocapteur SommaireSommaire
5 Capteurs électrochim : Conclusion
5/12/2018 Capteurs-Electrochim-C-2004 - slidepdf.com
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24/11/2004 D. Thévenot: Capteurs-Electrochim-C-2004.ppt 57
5. Capteurs électrochim. : Conclusion
5.1. Synthèse des performancesperformances des capteurs
4 types de capteurs / électrodes spécifiques 5.2. Étapes de développementÉtapes de développement des capteurs
et instruments associés : Quel fonctionnement ?
Mesure unique
Surveillance continue
Alerte... Quels utilisateurs ? Patient, technicien…
Quel degré d’automatisme ?
5. Capteurs électrochim.: 5.1. Synthèse
5/12/2018 Capteurs-Electrochim-C-2004 - slidepdf.com
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5. Capteurs électrochim.: 5.1. Synthèse
Type cap-teur
Métal Spécif.ionique
Spécif. à gaz Biocapteur
Espèce Réduc-teur, oxy-
dant
Ions miné-raux
Gaz oxydantou ac-base
Métabolite, in-hibiteur
Transduc-teur
Pt, Au,
Hg, C
2 électrodes
de référence
Electrode Pt,
Au
ou capt. pH
Electrode Pt, C
ou capteur à pH,
O2 ou CO2
Membrane Sans Verre, cris-taux, orga-
nique
Hydrophobe,perméable aux
gaz
Enzyme(s) ouAb immobili-
sé(s)Réponse :
calibrationIp ∀C
∆E∀ lg C
∆E∀ lg C Istat ∀C
∆E∀ lg C
Istat ∀C
∆E∀ lg C
Réponse :type
Transi-toire, sta-tionnaire,
équilibre
Equilibre Stationnaire,équilibre
Stationnaire,transitoire
5. Capteurs électroch. : 5.3. Perspective
5/12/2018 Capteurs-Electrochim-C-2004 - slidepdf.com
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24/11/2004 D. Thévenot: Capteurs-Electrochim-C-2004.ppt 59
5. Capteurs électroch. : 5.3. Perspective
5.3. PerspectivesPerspectives offertes par : La miniaturisation, La production industrielle des capteurs et
instruments associés Le traitement de signal
Capteurs “ intelligents ”, redondants (ex: nezartificiel)
L'utilisation de transducteurs non
électrochimiquesOptiquesMassiquesEnthalpiques...
5. Capteurs électroch. : 5.4. Perspective
5/12/2018 Capteurs-Electrochim-C-2004 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/capteurs-electrochim-c-2004 60/62
24/11/2004 D. Thévenot: Capteurs-Electrochim-C-2004.ppt 60
5. Capteurs électroch. : 5.4. Perspective
5.4. CompétencesCompétences nécessaires audéveloppement de capteurs et capteurs
électrochimiques : Analytique, Physico-chimique, Biochimique et micro biologique, Electronique et traitement de signal Mathématiques et modélisation
Fort développement en cours : à vous de jouer !
Retour au sommaire
5/12/2018 Capteurs-Electrochim-C-2004 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/capteurs-electrochim-c-2004 61/62
24/11/2004 D. Thévenot: Capteurs-Electrochim-C-2004.ppt 61
4. Biocapteurs : 4.5.5. DBO
5/12/2018 Capteurs-Electrochim-C-2004 - slidepdf.com
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24/11/2004 D. Thévenot: Capteurs-Electrochim-C-2004.ppt 62
Biocapteur à DBOBiosensores SL, Moncofar, Espagne
p
Biosensores SL, Moncof ar, Espagne Suivi de la présence de toxiquestoxiques :
inhibiteurs