Letteratura scientifica selezionata sul tema "Fonctionnalisation enzymatique"

La thèse vise l'application du concept de bioraffinerie (extraction, fractionnement, séparation de composés à partir de biomasse avant transformation ultérieure), via le développement d'étapes de production destinées à être associées en un procédé continu. La complexité du solide nécessite une étape de prétraitement effectuée avec une technologie à faible impact environnemental et l'eau subcritique est déjà utilisée comme solvant d'extraction des produits naturels, en sus de leur hydrolyse. Ces travaux ont porté sur l'hydrolyse de polysaccharides (son de riz) et de triacylglycérols (TAG, huile de tournesol) choisis comme modèles. Les caractéristiques de l'eau subcritique (produit ionique, constante diélectrique) mise en œuvre en réacteurs à circulation construits dans ce but, ont permis l'hydrolyse quasi-totale de l'hémicellulose et des TAG. L'addition de CO2 et donc d'acide carbonique a eu un effet positif sur l'hydrolyse de l'hémicellulose. Les acides gras libres résultant de l'hydrolyse ont été estérifiés en ester éthyliques en présence d'une lipase en réacteur continu en milieu CO2 supercritique, avec un taux de synthèse de 95%. Les cinétiques des réactions ci-dessus d'hydrolyse et d'estérification ont été étudiées. La complexité des interactions entre les nombreux paramètres mis en jeu a conduit à appliquer des méthodes de plans d'expérience. Ces méthodes ont été validées avec succès avec les données expérimentales, montrant ainsi leur utilité dans le développement de procédés. La question importante de la solubilité des extractibles dans l'eau subcritique a été traitée et une méthode de prédiction mise au point et validée avec succès avec les données expérimentales. En conclusion, ce travail montre la possibilité d'appliquer le concept novateur de la Bioraffinerie Intégrée en réacteur continu avec des fluides sub- ou supercritique, contrairement à leur mise en œuvre actuelle en réacteur fermé, pour la production de composés commercialisables
This work addresses the integrated biorefining concept (extraction, fractionation, separation of compounds from biomass prior to further transformation) by developing discrete units with the ultimate objective of coupling them to enable a continuous flow configuration. Due to the complexity of solid, there is a need for a sustainable and environmentally friendly pre-treatment technology. Sub-critical water has been used as a solvent for extracting natural compounds in addition to hydrolysis. This work investigated the hydrolysis of carbohydrates (rice bran) and triacylglycerols (TAG; sunflower oil) chosen as models. The attribute of subcritical water (ion product and dielectric constant) in continuous flow reactors built for the purpose, allowed almost quantitative hydrolysis of hemicellulose and TAG. The effect of adding CO2 and therefore carbonic acid was positive on the hydrolysis of hemicellulose. Further, free fatty acids were transformed to ethyl esters using lipase within continuous flow super critical CO2 resulting in 95% yield. The hydrolysis and esterification reaction kinetics were studied. To address the complex interplay between multiple processing parameters response surface methodologies (RSM) were developed. Using the empirical data the models were successfully validated, therefore showing the utility of the RSM to assist process development. The important question of solubility of extractible in subcritical water was also addressed, through the development of a prediction method, validated with experimental data. In summary this work shows the possibility of applying the innovative Integrated Biorefining concept under continuous flow conditions -instead of the current application under batch conditions- for producing valuable compounds

L’apparition de l’ordre à partir du désordre nous a toujours fasciné et notamment les auto-assemblages. En effet, ils permettent de former spontanément des particules en suspension (particules colloïdales) sans apport d’énergie. La plupart des études cherchant à induire un auto-assemblage se basent sur des techniques chimiques, faisant souvent appel à des solvants organiques ou des composés toxiques. L'originalité du Laboratoire d'Ingénierie des Biomolécules (LIBio) repose sur la formulation de vecteurs innovants dont les constituants sont issus d'agro-ressources renouvelables. Un des axes de recherches du laboratoire est ainsi focalisé sur la modification de polysaccharides naturels dans le but de leur apporter de nouvelles propriétés fonctionnelles. Ici, dans un souci de se diriger vers une chimie plus verte, l'approche originale de fonctionnalisation par voie enzymatique de polysaccharides développée au LIBio est mise en œuvre pour modifier la gomme d’Acacia dans le but de lui conférer des propriétés d'auto-assemblage. Cette modification repose sur l’utilisation d'une enzyme permettant l’oxydation de composés phénoliques. Les produits d’oxydation ont alors formé des liaisons esters avec la gomme d’Acacia pour modifier le fractions arabinogalactan peptide et arabinogalactane protéine. Les produits d’oxydation étant hydrophobes ont modifié le comportement de la gomme en la rendant moins hydrophile et moins hygroscopique. Ainsi en milieu aqueux, à des concentrations ou la gomme d’Acacia native est soluble, la gomme d’Acacia modifiée forme des particules sphériques monodispersées. Il est ensuite question de déterminer quelle méthode est la plus à même de permettre la définition de la concentration critique d’agrégation de ces assemblages. Une toute nouvelle technique a notamment été utilisée : la thermophorèse microéchelle. Dans la dernière partie de ce travail il est question d’étudier l’influence des paramètres physicochimiques sur l’assemblage. En effet, les assemblages se forment grâce aux liaisons faibles entre les sous unités de gomme d’Acacia modifiée. Ces interactions sont notamment fonction de paramètres tels que la force ionique, le pH ou la température
The appearance of order from disorder has always fascinated us, especially self-assemblies. Indeed, they allow the spontaneous formation of particles in suspension (colloidal particles) without any energy input. Most studies to induce self-assembly are based on chemical techniques, often using organic solvents or toxic compounds.The originality of the Biomolecular Engineering Laboratory (LIBio) lies in the formulation of innovative vectors whose constituents are derived from renewable agro-resources. One of the research axes of the laboratory is thus focused on the modification of natural polysaccharides in order to bring them new functional properties. Here, in order to move towards a greener chemistry, the original approach of functionalization by enzymatic way of polysaccharides developed at LIBio is implemented to modify the Acacia gum in order to confer self-assembly properties. This modification is based on the use of an enzyme allowing the oxidation of phenolic compounds. The oxidation products then formed ester bonds with Acacia gum to modify the arabinogalactan peptide and arabinogalactan protein fractions. The oxidation products being hydrophobic modified the behavior of the gum by making it less hydrophilic and less hygroscopic. Thus in aqueous medium, at concentrations where the native Acacia gum is soluble, the modified Acacia gum forms monodisperse spherical particles. It is then necessary to determine which method is the most suitable to define the critical aggregation concentration of these assemblies. In particular, a new technique has been used: micro-scale thermophoresis. In the last part of this work it is a question of studying the influence of physicochemical parameters on the assembly. Indeed, the assemblies are formed thanks to the weak links between the sub-units of modified Acacia gum. These interactions depend on parameters such as ionic strength, pH or temperature

Les flavonoi͏̈des sont des composés polyphénoliques caractéristiques des végétaux supérieurs. Ils sont largement présents dans notre alimentation et leurs propriétés intéressent les industries agroalimentaires, cosmétiques et pharmaceutiques. L'objectif de ce travail était de synthétiser des esters phénoliques de flavonoi͏̈des par voie enzymatique afin de modifier leurs caractéristiques physico-chimiques et augmenter éventuellement leurs propriétés biologiques. La lipase B de Candida antarctica a été utilisée sous forme immobilisée (Novozym 435®) pour étudier la faisabilité de la synthèse de différents esters aromatiques de flavonoi͏̈des avec des donneurs d'acyles non activés. Des esters d'acides aromatiques non substitués (acides benzoi͏̈que et cinnamique) ont été synthétisés avec de bons rendements. Les meilleurs résultats ont été obtenus par transestérification sous pression réduite. En présence de solvant (2-méthylbutan-2-01), on obtient jusqu'à 99% de conversion du flavonoi͏̈de en 25 h à 80ʿC, 200 mbar de pression. Dans les milieux où le rôle du solvant est joué par le donneur d'acyle lui-même, la conversion des flavonoi͏̈des glucosylés et néohespéridosylés est totale en moins de 12 h à 80ʿC, 200 mbar. Le principal handicap de ces synthèses est la faible solubilité des flavonoi͏̈des glycosylés dans les solvants organiques. Un certain nombre de produits ont été caractérisés (cinnamate, benzoate, salicylate de phloridzine, cinnamate d'isoquercitrine, cinnamate et salicylate de néohespéridine dihydrochalcone). Ce sont des monoesters régiosélectivement acylés sur la position 6" (hydroxyle primaire) du glucose. Cependant, le Novozym 435® n'a pas permis de synthétiser efficacement des esters phénoliques de flavonoi͏̈des lorsque le donneur d'acyle possède une fonction phénolique conjuguée au carboxyle (acide caféique). Une exception a toutefois été observée dans le cas des synthèses de salicylates de flavonoi͏̈des en milieu salicylate de méthyle, liquide à la température de travail.

L'oxydation de l'acide férulique et de son ester (le férulate d'éthyle) par la laccase de Myceliophtora thermophila a été étudiée en milieu aqueux et dans des conditions expérimentales douces (30 °C et pH 7,5) afin de synthétiser de nouvelles molécules naturelles grâce à un procédé vert. L'oxydation enzymatique a permis l'obtention d'intermédiaires colorés pour l'acide férulique et incolores pour le férulate d'éthyle. En outre, le férulate d'éthyle a été plus rapidement totalement oxydé que l'acide férulique. De plus, cette procédure a abouti à des produits majoritairement dimériques avec MM = 443 g/mol et MM = 386 g/mol pour le férulate d'éthyle et l'acide férulique, respectivement. Les nouvelles molécules synthétisées ont présenté des propriétés antioxydantes importantes avec de faibles propriétés antibactériennes et cytotoxiques. En présence du chitosane insoluble dans le milieu réactionnel, la laccase a été protégée de l'inhibition liée aux produits d'oxydation et le degré de polymérisation de ces produits a été contrôlé. De plus, les produits d'oxydation ont réagi avec les groupements NH2 libres permettant la formation de liaisons covalentes de type base de Schiff (C=N) au niveau du C2 sur le chitosane. La majorité des produits d'oxydation greffés sur le chitosane était de forme dimérique. Cette procédure a permis d'obtenir du chitosane coloré avec l'acide férulique et incolore avec le férulate d'éthyle tout en présentant de nouvelles propriétés dues au greffage de composés phénoliques. Ces chitosanes dérivés ont présenté des propriétés fonctionnelles intéressantes telles que antioxydantes, physico-chimiques (stabilisation thermique) et biologiques (adhésion cellulaire) ainsi que la conservation des propriétés antibactériennes du chitosane natif
Oxidation of ferulic acid and its ester (ethyl ferulate) by Myceliophtora thermophila laccase has been studied in aqueous medium under mild experimental conditions (30°C and pH 7.5) as a green process to synthesize natural neo-molecules. Enzymatic oxidation led to colored and colorless intermediaries for ferulic acid and ethyl ferulate, respectively. Additionally, ethyl ferulate was oxidized faster than ferulic acid. This procedure has led to dimeric major products with MM = 443 g/mol and MM = 386 g/mol for ethyl ferulate and ferulic acid, respectively. New synthesized molecules demonstrated important antioxidants properties with weak antibacterial and cytotoxic properties. With insoluble chitosan particles in the reaction medium, laccase was protected from inhibition due to oxidation products and the polymerization degree of these products was checked. In addition, the oxidation products reacted with the free NH2 groups forming covalent bonds of Schiff base type (C=N) at C-2 region. The majority of the oxidation products grafted onto chitosan was of dimeric form. This procedure led to colored and colorless chitosans by ferulic acid and ethyl ferulate, respectively, with new properties due to grafting of phenolic compounds. These chitosan derivatives presented interesting functional properties such as antioxidant, physico-chemical (thermal stability) and biological (cell adhesion) as well as the preservation of antibacterial properties of native chitosan

Les protéines extraites des végétaux sont des matériaux relativement peu coûteux, non toxiques, biocompatibles et biodégradables. Elles représentent une bonne alternative aux protéines d’origine animale et aux polymères dérivés du pétrole. Dans le cadre de cette étude, les protéines extraites de graines de soja et de tournesol ont été utilisées en tant que matériaux enrobants pour la microencapsulation de la matière active hydrophobe (α-tocophérol) ou hydrophile (acide ascorbique) par le procédé d’atomisation. Les protéines de soja sont largement utilisées dans les applications alimentaires et non-alimentaires, notamment en microencapsulation. Elles sont donc étudiées dans ce travail comme matériau enrobant de référence. Les protéines de tournesol n’ont quant à elles pas d’application industrielle concrète, si ce n’est sous la forme de tourteaux dans l’alimentation animale. C’est pourquoi il nous semble pertinent de trouver des nouvelles voies de valorisation pour ce coproduit d’origine agricole. Plusieurs modifications des protéines, telles que l’hydrolyse enzymatique, l’acylation, la réticulation enzymatique et la cationisation ont été étudiées dans le but d’améliorer les propriétés encapsulantes du matériau enrobant. Dans le contexte de la chimie verte, toutes les modifications ont été effectuées sans utilisation de solvants organiques ni de catalyseurs chimiques. L’influence des modifications chimiques et enzymatiques des protéines, et des paramètres du procédé (pression d’homogénéisation, ratio matériau enrobant/matière active et concentration en protéines) sur les différentes caractéristiques des préparations liquides et des microparticules (viscosité, taille des gouttelettes dans le cas des émulsions, morphologie et taille des microparticules), ainsi que sur les paramètres liés au procédé d’atomisation (rendement et efficacité de microencapsulation) a été particulièrement étudiée au cours de ce travail. Les résultats obtenus confirment que l’extrait protéique de tournesol est tout à fait pertinent comme matériau enrobant et permet d’obtenir des efficacités de microencapsulation significativement plus élevées par rapport à celles obtenues avec l’extrait protéique de soja
Proteins extracted from vegetables are relatively low-cost, non-toxic, biocompatible and biodegradable raw materials. They represent a good alternative to animal-based proteins and petroleum-extracted polymers. In this study, proteins derived from soybean and sunflower seeds were used as wall materials for microencapsulation of hydrophobic (-tocopherol) or hydrophilic (ascorbic acid) active material by spray-drying technique. Soybean proteins are widely used in food and non-food applications, especially in microencapsulation. They were studied in this work as wall material of reference. Sunflower proteins are not actually used in industrial application, but only in the form of oil-cake for animal feeding. That’s why new ways of valorization of this agricultural by-product should be investigated. Several proteins’ modifications such as enzymatic hydrolysis, acylation, cross-linking and cationization were studied in order to improve encapsulating properties of wall material. In the context of green chemistry, all the modifications and preparations were performed without use of organic solvents and chemical catalysts. The effect of protein chemical and enzymatic modifications, and process parameters (homogenization pressure, wall/core ratio and protein concentration) on different characteristics of liquid preparations and microparticles (viscosity, emulsion droplet size, microparticle size and morphology) and on parameters related to the spray-drying process (yield and efficiency of microencapsulation) was particularly investigated in this study. The obtained results confirmed that sunflower proteins are quite suitable as encapsulating agent and provide the microencapsulation efficiencies significantly higher compared to those obtained with soy proteins

Cette thèse porte sur la fonctionnalisation de la pectine de citron par des composés phénoliques. Une première stratégie a consisté à greffer les produits issus de l’oxydation de l’acide férulique (AF), en milieu aqueux (pH 7,5, 30 ° C), en présence de la laccase de Myceliophthora thermophila (obtention de pectine F). L’enjeu était de démontrer le greffage covalent de composés phénoliques exogènes sur le polysaccharide, de recueillir des informations sur la structure et les propriétés du polymère fonctionnalisé et de les comparer aux caractéristiques du polymère natif. Une deuxième stratégie de fonctionnalisation de la pectine a été envisagée, basée sur l'adsorption des produits d'oxydation de l'AF sur la pectine (obtention de pectine POX). Quel que soit le mode de fonctionnalisation, des analyses biochimiques ont montré l'incorporation de composés phénoliques dans la pectine. La structure et les propriétés des pectines modifiées dépendent du type de fonctionnalisation subie par le polysaccharide (greffage covalent ou adsorption). Des analyses structurales suggèrent que le greffage covalent de phénols fait intervenir les fonctions carboxyles de la pectine (formation de liaisons ester) sur lesquelles des oligomères d'acide férulique viendraient se lier. Les propriétés des pectines fonctionnalisées (POX et F) et de la pectine native ont été étudiées et comparées afin de mettre en évidence les changements apportés. L'étude des propriétés thermiques des différentes poudres de pectine suggèrent une structure moins organisée et moins compacte pour les polymères fonctionnalisés par rapport à la pectine native. L’activité antioxydante des pectines fonctionnalisées est améliorée tandis que leur caractère hygroscopique est diminué en raison de l'incorporation de composés phénoliques hydrophobes. De même que la pectine native, les pectines POX et F présentent un profil rhéofluidifiant. Toutefois, la viscosité et la vitesse de gélification mesurées dans le cas de la pectine F sont significativement diminuées par rapport à celles obtenues pour la pectine native. La pectine POX présente un comportement intermédiaire. Des résultats préliminaires d'assemblages ont montré qu'il est possible d'associer la pectine native ou modifiée à un autre polysaccharide, le chitosane. Les microparticules obtenues ont montré leur capacité à encapsuler un principe actif tel que la curcumine
This dissertation concerns the functionalization of the citrus pectin with phenolic compounds. A first strategy consisted in grafting the products issued from the oxidation of ferulic acid (FA), in aqueous medium (pH 7,5, 30 ° C), in the presence of the laccase of Myceliophthora thermophila (pectin F). The main objectives were to demonstrate the covalent grafting of exogenous phenols onto the polysaccharide, to collect information about the structure and the properties of the modified polymer and to compare them with the characteristics of the native one. A second strategy of functionalization was applied, based on the adsorption of FA oxidation products onto the pectin (pectin POX). Whatever the functionalization pathway, biochemical analyses showed the incorporation of phenolic compounds into the pectin. The structure and the properties of the modified pectins depended on the type of modification undergone by the polysaccharide (covalent grafting or adsorption). Structural analyses suggested that the covalent grafting of phenols involved the carboxyl groups of the pectin (ester bound) on which FA oligomers were bound. The properties of native and modified pectins (POX and F) were studied and compared aiming to highlight the changes brought by functionalization. The study of the thermal properties of pectin POX and F suggested less organized and less compact structures compared to the native one. The antioxidant activity of the modified pectins was improved whereas their hygroscopic character was decreased because of the incorporation of hydrophobic phenolic compounds. As the native pectin, the pectins POX and F presented a shear-thinning profile. However, the viscosity and the gelation rate measured for the pectin F were significantly decreased, compared with those obtained for the native pectin. The pectin POX presented an intermediate behavior. Preliminary results of assemblies demonstrated the possibility to associate the native or modified pectin to another polysaccharide, the chitosan, leading to microparticles capable to encapsulate an active ingredient such as the curcumin

La biomasse lignocellulosique est au cœur du développement de la bioraffinerie de par l’intérêt de fractionner ses composants avec divers procédés pour la production de biocarburants, de molécules d’intérêt et de matériaux agro-sourcés. L’objectif de cette thèse visait à étudier la transformation des xylanes du son de blé en molécules tensio-actives (esters de pentoses). Cette transformation a été envisagée en deux étapes : une première étape d’hydrolyse du son de blé par des hémicellulases pour la production de xylose et d’arabinose, suivie d’une seconde étape d’acylation de ces glucides par une lipase pour accéder aux esters de pentoses. La thèse s’est principalement focalisée sur l’étude de la transestérification de D- xylose et de L-arabinose (purs ou issus d’un hydrolysat de son de blé) et du laurate de vinyle par la lipase immobilisée N435. L’influence de divers paramètres réactionnels a été étudiée. Des mono- et diesters lauriques de D-xylose et de L-arabinose, dont la structure a été caractérisée, sont produits par la lipase. Les propriétés physico-chimiques de ces esters lauriques de pentoses, originaux et nouvellement décrits, ont été évaluées et ont montré l’intérêt de ces molécules en tant que tensio-actifs. Une approche préliminaire a également été développée pour étudier la synthèse d’esters lauriques de xylo-oligosaccharides par la lipase N435. Nos résultats montrent que cette production a lieu mais qu’elle est moins efficace que dans le cas des monosaccharides. La transestérification catalysée par la lipase N435 reste dans ce cas à optimiser, de même que la purification et la caractérisation de ces esters lauriques de xylo-oligosaccharides
Lignocellulosic biomass is at the center of biorefinery development. This development is achieved by the fractionation of the main components of lignocellulosic biomass (cellulose and hemicelluloses) in order to produce biofuels, molecules of interest and agromaterials.This PhD thesis had the objective to study the transformation of wheat bran xylanes into pentose based surfactants. A two steps system was studied, a first step of enzymatic hydrolysis of wheat bran with hemicellulases (to produce xylose and arabinose) and a second step of sugar acylation catalyzed by a lipase to produce pentoses based surfactants.The PhD thesis mainly focused on the transesterification of D- xylose and L-arabinose (pure or obtained from wheat bran hydrolysate) by the immobilized lipase N435 with vinyllaurate. Several parameters were studied. Lauryl mono- and diesters of D- xylose and L-arabinose were produced by the lipase and their structures were elucidated. Physico-chemical properties of the original and newly produced pentoses based esters were investigated and shown the surfactant potential of these molecules. A preliminary approach was also developed to study the enzymatic synthesis of lauryl xylo-oligosaccharides esters by the lipase N435. Our results showed that such a production is possible but is less efficient than with monosaccharides. The production by transesterification of xylo-oligosaccharides with the lipase N435 needs to be optimized as well as the purification and the characterization of lauryl xylo-oligosaccharides esters

Ce travail a eu pour objectif de déterminer les conditions optimales de production d’un caroténoïde original, la torularhodine, par Sporobolomyces ruberrimus, cultivée en réacteur discontinu. Cette souche est capable d’utiliser le glycérol technique comme source de carbone et d’énergie pour sa croissance et pour la production de caroténoïdes. D’abord, il s’est agi d’identifier les facteurs opératoires majeurs qui sont susceptibles d’avoir une influence sur la production de la torularhodine, au travers d’une étude préliminaire. L’identification expérimentale de ces facteurs d’action - la température, le taux d’oxygène dissous et la supplémentation en acide oléique - a été validée statistiquement, à des degrés divers, avant d’engager une étape d’optimisation par la construction d’un plan d’expériences multicritère. Celui-ci a conduit à l’établissement de modèles polynômiaux du second degré pour représenter l’effet conjugué des facteurs retenus et permettre la prédiction des valeurs de µmax et de concentration de torularhodine rapportée à la biomasse. Cette étude a alors été consacrée à un essai de fonctionnalisation de la torularhodine, à partir de sa fonction carboxylique, en vue de la stabilisation de la molécule dont l’activité antioxydante est élevée. L’acylation enzymatique de la lysine par la torularhodine a été envisagée. Les conditions d’acylation par la lipase B de C. antarctica ont été déterminées avec un caroténoïde modèle, la bixine. Le produit dérivé obtenu après transacylation a été purifié et a montré une activité antiradicalaire supérieure à celle de la bixine. Ces résultats permettent d’envisager la synthèse de peptides acylés avec ce type de caroténoïdes
The aim of this work was to determine the optimum of an original carotenoid, the torularhodin, produced by Sporobolomyces ruberrimus, in batch culture. A very interesting characteristic of this strain is its ability to consume raw glycerol as a carbon and energy source for microbial growth and carotenoid production. In the fist part of this study, the identification of operating parameters that have an influence on the optimum torularhodin production, was achieved. Experimental assays reinforced by a statistical study allowed to identify temperature, dissolved oxygen pressure and oleic acid supplementation, as the major parameters of influence, and then the integration of these data was performed for the construction of a multiobjective optimization based on a multicriteria experimental design. The establishment of a mathematical model of a second degree polynomial type was developed for the prediction of the values of µmax and of the torularhodin concentration reported to biomass. In the last part, considering that torularhodin has an important antioxidant property and it exhibits a free carboxyl acid function which can be used as acyl agent, a study of its structure modifying by an enzymatic way as a stabilization pattern was started. The experimental conditions of lysine acylation by the lipase B of Candida antarctica were determined using a model carotenoid, the bixin. The resulting product of the synthesis of bixin derivative was purified and showed an antiradical activity of 2.5 times higher than that of bixin. This result showed the ability of the acylation reaction of peptides with this kind of carotenoids

Ce travail de thèse porte sur la réalisation et l’étude de transistors organiques à grille électrolytique (EGOFET) à des fins analytiques. Ces transistors à effet de champ ont comme particularité de fonctionner en présence d’un électrolyte et de travailler à de très faibles voltages. L’architecture des EGOFETs a été adaptée pour que leurs caractéristiques électriques soient dans une large mesure contrôlées par la structure et la composition de l’interface grille/électrolyte. Cette propriété fonctionnelle a été mise à profit pour la transduction d’évènements physico-chimiques localisés à la surface de la grille du transistor.Sur la base des variations de signal électrique des EGOFETs, la cinétique de chimisorption d’alkylthiols sur une grille en Au a pu être caractérisée. Cet exemple souligne la potentialité des EGOFETs pour l’étude in-situ et en temps réel de nombreux phénomènes de fonctionnalisation de surface. Cette propriété a été appliquée au suivi de la production in-situ d’un alkylthiol, la thiocholine, par une enzyme, l’acétylcholinestérase (AChE). En présence de son substrat, l’AChE génère de la thiocholine. L’ajout d’enzyme dans un dispositi fEGOFET contenant du substrat dans l’électrolyte provoque une variation du courant de drain corrélée à la quantité d’enzyme présente. Le dispositif a permis de doser l’AChE sur la gamme de 1,4.10−3 à 0,3 unité active, avec une limite de détection de 1,4.10−3 unité active. Cette méthodologie analytique propose une alternative aux dispositifs de lecture actuels des dosages immuno-enzymatiques
This work deals with the realisation and study of Electrolyte-Gated Organic FieldEffect Transistors (EGOFETs). These field-effect transistors have the peculiarity of operating in the presence of an electrolyte and at very low voltages. The EGOFETs architecture has been adapted so that its electrical characteristics are mostly controlled by the structure and composition of the gate/electrolyte interface. This property has been used for the transduction of physico-chemical events located on the surface of the transistor gate. Based on the electrical signal variation of the EGOFETs, the kinetics of alkylthiols self-assembly on Au gate can be characterised. This example hightlights the potentiality of EGOFETs for in-situ and real-time study of various surface functionalisation phenomena. This property has been applied to the monitoring of in-situ production of an alkylthiol, the thiocholine, by an enzyme, the acetylcholinesterase (AChE). In the presence of its substrate, AChE generates thiocholine. The addition of enzyme to an EGOFET device containing its substrate in the electrolyte causes a variation in the drain current correlated to the amount of enzyme present. The device allowed the determination of AChE over the pM range, with a limit of detection of 2 pM. This analytical capability offers an alternative to the current reading devices of enzyme immunoassays

Avec l’avènement des BioMEMS (Bio-MicroElectroMechanical Systems), ce sont toutes les pratiques médicales, biologiques, environnementales et agro-alimentaires qui entament une nouvelle ère. Les enjeux scientifique et industriel se rejoignent dans la miniaturisation des systèmes de détection, l’amélioration de leurs sensibilités et la simplification de leurs procédés de fabrication. Cette thèse hautement interdisciplinaire s’inscrit dans le cadre de ces enjeux. Elle expose la fabrication, la bio-fonctionnalisation et l’application d’un BioMEMS pour l’analyse de réactions enzymatiques en temps réel et à l’échelle micrométrique. Deux choix stratégiques ont été adoptés pour ce travail: le premier concerne l’utilisation de la technologie des plasmas froids ou polymérisation plasma pour la fonctionnalisation de surface à travers le dépôt de films polymères d’allylamine. Ce dépôt a permis ultérieurement l’immobilisation covalente de la trypsine (enzyme modèle protéolytique) au sein du BioMEMS. Cette technologie a été également utilisée pour développer une méthode simple de microfabrication des circuits microfluidiques compatible avec une production à grande échelle. Le second choix concerne l’utilisation de ce bioMEMS autour d’une transduction TeraHertz (THz) mise au point au sein de l’équipe. La spectroscopie THz vise à détecter les événements moléculaires à l’échelle de la picoseconde, sans marqueur et d’une manière non-invasive, en sondant directement les liaisons chimiques de faible énergie. Au cours de ce travail, nous avons donc développé un procédé de fonctionnalisation de surfaces par des amines, optimisé une méthode de greffage des enzymes, et étudié l’activité de la trypsine immobilisée. Nous avons ensuite intégré ces étapes dans le procédé de microfabrication du BioMEMS. Les mesures réalisées dans le domaine sub-THz (0,06-0,11 THz) sur une réaction de biocatalyse confirment la faisabilité d’une telle approche comme méthode analytique en biologie. Les résultats des différentes études montrent également que le mariage des plasmas froids avec les méthodes lithographiques représente une voie efficace, rapide et très compétitive pour le transfert de la technologie des BioMEMS à l’échelle industrielle
The applications of miniaturized devices are no longer limited to electronic industry. Today, a new kind of microsystems called BioMEMS (Bio-MicroElectroMechanical Systems) are spreading in different fields, including biomedical, environmental and food industry applications. Recurring challenges are focusing on enabling processes for smaller, cost-effective, high-functionality devices, with more sensitivity and suitability for industrial scale development. This highly interdisciplinary thesis work attempts to provide new solutions to meet some of the needs mentioned above. It reports the fabrication, functionalization, and applications of a BioMEMS for enzyme reaction monitoring. First, we have developed a PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) process for the surface functionalization by plasma polymerized allylamine. Films with high amine density and enhanced stability in aqueous environment were obtained. The amine functions were then used for enzymes immobilization. The covalently bonded trypsin molecules were extensively characterized and kinetic parameters determined using several microscopic and spectroscopic methods. Finally, both optimized processes were applied to the biofunctionalization of a TeraHertz (THz)-based BioMEMS. THz spectroscopy is the only non-invasive analytic method able to monitor molecular events at the picosecond timescale by probing low binding energies directly. It is used here for sensing a biocatalysis reaction inside the bioMEMS microchannels. Sub-THz measurements (0.06-0.11 THz) showed that combining microfluidic microsystems technology with THz detection could be a promising alternative for label-free real-time detection of biological interactions at the microscale. Additionally, we have developed a new microchannel fabrication process using direct plasma polymerization of TMDS (TetraMethylDiSiloxane) on micropatterned surfaces. This achievement demonstrates that cold plasma processes could be used not only for functionalization purposes or surface treatment but for the 3D microfabrication as well. This highly reduces processing time and manual handling steps, which is of a great importance for further industrial scale production