Electrochemistry of Biosystems
Linking Glucose Oxidation to Luminol-based Electrochemiluminescence using bipolar Electrochemistry
Asymmetric Modification of TiO2 Nanofibers with Gold by Electric-Field-Assisted Photochemistry
Stimuli-responsive microgels for electrochemiluminescence amplification

 

A. Kuhn, V. Ravaine, N. Sojic, S. Arbault, V. Lapeyre, B. Goudeau

Cette thématique de recherche concerne le développement de systèmes de mesure conçus pour détecter sélectivement ou spécifiquement des molécules d’intérêt biologique. Deux principaux aspects doivent alors être considérés parallèlement. D’une part la mise au point de systèmes chimiques qui permettent la reconnaissance moléculaire, de l’autre l’aspect détection qui consiste en la transduction du phénomène de reconnaissance en un signal mesurable.


1. Bioelectrodes à  architectures complexes hiérarchisées

Ces dernières années, notre groupe a élaboré de nouvelles approches pour concevoir des électrodes possédant une porosité hautement contrôlée. La surface interne de ces électrode peut être ensuite modifiée avec des médiateurs rédox ou des enzymes et co-enzymes pour trouver des applications  dans le domaine des biocapteurs, des biopiles ou de la bioélectrosynthèse.

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(A) Vue latérale d’une électrode macroscopique de polypyrrole avec gradient de porosité obtenu par Langmuir Blodgett (B) Reconstitution 3D d’une électrode poreuse d’or caractérisée par FIB-SEM.

Cette structuration à l’échelle sub-micrométrique présente un intérêt tout particulier pour la réalisation d’électrodes miniaturisées (microélectrodes) qui génèrent usuellement des courants de très faible intensité. Ce phénomène peut alors être compensé par l’utilisation de microélectrodes poreuses et l’augmentation de la surface électroactive ainsi que l’intensité du courant jusqu’à près de deux ordres de grandeur. Lorsque de telles électrodes poreuses sont partiellement ou complètement recouvertes d’une matrice contenant une enzyme spécifique, une augmentation du courant est aussi observée.

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(A) Image MET d’une matrice Resydrol électrodéposée dans les pores d’une électrode macroporeuse (B) Comparaison de l’oxydation électroenzymatique D-sorbitol lorsque le système biocatalytique est déposé sur une électrode d’or plane (b), et sur une électrode d’or avec 3 demi-couches remplies de Resydrol (c).


Finalement, ces électrodes poreuses ne sont pas seulement utilisées pour concevoir des biocapteurs possédant des limites de détection inférieures (cf. Electrochimie des Biosystèmes) mais également en tant que nouveaux réacteurs biochimiques à la capacité de production améliorée  ou comme biopiles générant des courants accrus.


2. Nanogels sensibles au glucose comme capteurs et systèmes de délivrance d'insuline.

Les nanogels sont des particules colloïdales constituées de polymères réticulés gonflés. Ces particules déformables, fonctionnalisées avec un acide boronique, ligand de la molécule de glucose, permettent des modifications de leur taille en réponse à des changements de la concentration en glucose du milieu externe. Notre groupe développe ces systèmes dans le but de les appliquer au traitement du diabète. D'une part ils peuvent être utilisés en tant que capteurs pour mesurer la concentration en glucose, d’autre part en tant que vecteurs pour l'administration d'insuline en boucle fermée. Dans ce domaine, nous portons notre attention sur la conception de matériaux biocompatibles à base de polysaccharides. Ce projet implique des collaborations tant avec des pharmaciens que des praticiens. Plus d'info

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3. Biosystèmes synthétiques.

La dernière décennie a vu croître un fort intérêt pour les systèmes artificiels mimant cellules uniques vivantes. Dans ce contexte, nous avons conçu des vésicules unilamellaires géantes ( GUV, de 10 à 100 um), préparées à partir de phospholipides naturels ou synthétiques. Ce système constitue un modèle pratique de la matrice lipidique de fermeture des membranes cellulaires. Parmi les exemples d’application des GUV, l'expression de gènes et la synthèse enzymatique d'espèces actives à l'intérieur d'une vésicule mimant au travers d'un système artificiel dynamique les caractéristiques essentielles des cellules vivantes apparaissent comme les plus prometteurs. Notre projet vise à développer des GUV dans lesquelles des réactions enzymatiques (ex. glucose oxydase, NO synthase) peuvent être menées sous un contrôle quantitatif et temporel (micro-injection, fusion de liposomes). Les produits enzymatiques (H2O2, NO°, ONOO-) peuvent être suivis in situ et simultanément par microscopie à fluorescence (ex. Amplex rouge) et par électrochimie (ultramicroélectrode) afin de détermienr la nature des espèces générant des processus de stress nitro-oxydant dans les systèmes vivants (cf. Electrochimie des biosystèmes).

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A gauche : schéma de principe d’un système biomimétique basé sur un liposome unique (Vésicule Géante Unilamellaire). Une réaction enzymatique (E) y est réalisée, après micro-injection d’un substrat (S), le produit formé (P) étant détecté in situ par Electrochimie (microélectrode) ou Fluorescence (marqueur F). A droite : exemple d’une VGU (phosphatidylcholine) dans laquelle le péroxyde d’hydrogène formé par la glucose oxydase est détecté avec un marqueur fluorescent (Amplex Red).

Zeste de Science du CNRS


jeudi 15 février 2018
Après son communiqué de presse paru en octobre dernier, le CNRS vient de mettre en ligne une vidéo de vulgarisation pour expliquer le principe de l'électrochimie bipolaire appliquée à la mise en mouvement de polymères conducteurs. Vous pouvez la consulter en cliquant sur l'image ci-dessous !

Communiqué de presse du CNRS - Des plastiques qui dansent


mercredi 11 octobre 2017
De nouveaux types d’actionneurs à base de polymères conducteurs ont été publiés dans la revue Angewandte Chemie et viennent de faire l'objet d'un communiqué de presse du CNRS. L’originalité de l'approche réside dans le déclenchement d'une déformation réversible d’un plastique à distance par voie électrochimique. Ce processus, qui exploite le principe de l'électrochimie bipolaire, se déroule sans aucune connexion physique et permet d’actionner plusieurs objets... Read More...

Communiqué de presse du CNRS - Semi-conducteurs Janus


lundi 24 juillet 2017
Dans le cadre d'une collaboration avec des scientifiques thaïlandais (centre VISTEC à Rayong et Kasetsart University à Bangkok), notre équipe vient de mettre au point un nouveau procédé permettant de synthétiser des particules "Janus" semi-conductrices qui pourraient trouver application dans le domaine de la catalyse, et notamment celui de la photolyse de l’eau. Les résultats de ces travaux ont été publiés dans la revue Angewandte Chemie et viennent de faire l'objet d'un... Read More...

Financement ERC pour Alexander Kuhn


mercredi 3 mai 2017
Alexander KUHN vient d'obtenir un financement de l'ERC pour une durée de 5 ans ! L'objectif global du projet, intitulé ELECTRA, est de proposer des stratégies jusqu'à présent inexplorées et polyvalentes, basées sur l'utilisation non-conventionnelle de phénomènes électrochimiques, pour générer une asymétrie dans des systèmes chimiques à différentes échelles de longueur.... Read More...

Distinguished Fellow


lundi 11 janvier 2016
The French Chemical Society has selected Alexander Kuhn as one of its new distinguished fellows. The official ceremony will be held in May 2016 in Paris. Congratulations!