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Fiche détaillée Thèses
Université Joseph-Fourier - Grenoble I (2005-11-14), Pascal MAILLEY (Dir.)
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Microscopie électrochimique pour l'élaboration et la caractérisation de bio-assemblages sur électrode : application aux biopuces
Elodie Fortin1

L'objectif de ce travail est double : (i) la détection électrochimique des nucléosides sur
un nouveau matériau carboné d'électrode, le diamant dopé bore (BDD), et (ii) l'utilisation
d'un nouvel outil, la microscopie électrochimique à balayage (SECM), afin de fonctionnaliser
des surfaces avec des sondes oligonucléotidiques et de détecter le phénomène d'hybridation.
Dans un premier temps, nous montrerons la dualité d'utilisation de la microscopie
électrochimique en tant qu'outil de fonctionnalisation et de caractérisation de surfaces. Par
mode direct de la SECM, en utilisant la microélectrode en tant que contre-électrode, des
spots de polypyrrole-oligonucléotide de taille micrométrique sont déposés sur un substrat
d'or. Cette méthode d'élaboration est optimisée en étudiant l'hybridation des spots en
microscopie de fluorescence. La présence de ces spots sur la surface est ensuite détectée en
mode feedback de la SECM via la différence de conductivité entre le polypyrroleoligonucléotide
et l'or. Puis, le phénomène d'hybridation est étudié par mode feedback par la
précipitation d'un produit isolant sur la surface formé par une réaction catalysée par la
peroxydase couplée par l'intermédiaire d'un assemblage biologique à l'oligonucléotide
complémentaire. Enfin, cette technique électrochimique est couplée à une méthode optique,
l'imagerie de résonance plasmonique de surface (SPRi), afin de visualiser en temps réel
l'étape de structuration de la surface d'or par des spots d'oligonucléotides ou par des
gradients de surface d'oligonucléotides.
Dans un second temps, nous présenterons l'étude des réactions d'oxydation des
nucléosides, la 2'-désoxyguanosine et la 2'-désoxyadénosine, sur une électrode de diamant
dopée bore oxygéné. Nous montrerons ainsi l'intérêt de ce nouveau matériau carboné
d'électrode pour cette application en raison de sa large fenêtre d'électroinactivité en milieu
aqueux et son faible et stable courant de fond. Puis, nous mettrons en évidence la formation
d'un film continu constitué des produits de ces réactions d'oxydation sur l'électrode par une
étude macroscopique à l'aide de voltamétries cycliques d'une sonde redox, et une étude à
l'échelle microscopique en utilisant le microscope électrochimique à balayage.
1 :  SPRAM - UMR 5819 - Structures et propriétés d'architectures moléculaire
Microscopie électrochimique à balayage (SECM) – puces à ADN – oxydation des nucléosides – diamant dopé bore (BDD) – imagerie de résonance plasmonique de surface (SPRi) – polypyrrole – gradients de surface – hybridation

Scanning electrochemical microscopy for the elaboration and the caracterization of bio-assemblies on electrode : application to biosensors
This work deals with : (i) the electrochemical detection of nucleosides on a new carbon
electrode material, Boron Doped Diamond (BDD), and (ii) the use of a recent apparatus,
scanning electrochemical microscopy (SECM) to micropattern surfaces with oligonucleotides
and to detect the hybridization event.
On the one hand, we illustrate the capacity of scanning electrochemical microscopy to
micropattern and characterize surfaces. By direct mode of SECM, using the microelectrode
as a counter electrode, polypyrrole-oligonucleotide spots with micrometric dimensions are
deposited on a gold surface. This patterning method is optimized studying the spots
hybridization by fluorescence microscopy. By the difference in surface conductivity between
gold and polypyrrole-oligonucleotide, SECM can detect the spots on the gold surface using
the feedback mode. Then, the hybridization event is detected using the feedback mode by the
precipitation of an insulating product on the surface generated by the reaction catalysed by
the peroxidase which is coupled by a biological assembly to the complementary
oligonucleotide. Finally, this electrochemical method is coupled to an optical one, Surface
Plasmon Resonance imaging (SPRi), to visualize in real time the patterning step of the gold
surface with oligonucleotide spots or surface oligonucleotide gradients.
On the other hand, the oxidation reactions of both nucleosides, 2'-deoxyguanosine
and 2'-deoxyadenosine, are performed on an oxygenated boron doped diamond electrode.
This points out the interest of this new material thanks to its enlarged potential window in
aqueous media and its little and stable background current. Then, we show the formation of
a continuous film of oxidized products on the BDD surface by a macroscopic study analysing
cyclic voltametries of a redox mediator, and in a microscopic way with the use of scanning
electrochemical microscopy.
Scanning electrochemical microscopy (SECM) – DNA biosensor – nucleoside oxidation – BoronDoped Diamond (BDD) – Surface Plasmon Resonance imaging (SPRi) – polypyrrole – surfacegradients – hybridization