Дисертації з теми "Détection pesticide"

L'électrochimie moderne à l'interface liquide-liquide, également appelée interface entre deux solutions électrolytiques non miscibles (ITIES), est étudiée depuis plus d'un siècle en raison de ses propriétés d'interface particulières. Elle offre une plateforme unique permettant la détection électrochimique nonredox d'ions allant des protons aux macromolécules à travers l'interface moléculaire molle. En outre, l'ITIES peut servir de support pour le dépôt électrolytique d'objets de la taille du nanomètre ou de molécules chargées. La présente thèse est destinée à la détection des pesticides et aux films électrodéposés à l'ITIES. La thèse se compose de trois grandes parties. Dans la première partie, nous avons fait un effort pour détecter les pesticides dans les micro-ITIES en raison de son rapport coût-efficacité. Grâce à la miniaturisation des ITIES, le capillaire micropores peut servir de support pour construire une interface liquide-liquide. Ainsi, l'accumulation des analytes d'une solution proche du pH neutre dans une phase organique par un transfert automatique à un potentiel en circuit ouvert est possible et augmente le signal de détection. Cette stratégie a réussi pour l'amétryne mais a échoué pour la détection de l'imidaclopride et du métam-sodium. Dans la deuxième partie, nous avons développé le dépôt de silice à Micro-ITIES. L'objectif de la membrane de silice à l'ITIES est de se concentrer sur l'amélioration de la sélectivité pour le transfert d'ions. Des expériences électrochimiques à l'interface liquide-liquide ont révélé que le transfert de modèle ion est bloqué par la présence d'un film de silice. Cependant, la silice déposée par électrolyse à Micro-ITIES n'est pas reproduite avec précision en raison de la limitation de la géométrie. En outre, les mesures ex-situ sont à peine réalisées. Dans la troisième partie, nous avons réalisé l'électrodéposition du chitosane à ITIES. Les films de chitosane agissent comme une membrane pour le transfert d'ions et présentent une charge positive, qui pourrait fournir l'effet d'adsorption pour l'ion négatif. Pour améliorer la structure du film de chitosane, le réticulant téréphtalaldéhyde (TPA) est introduit dans la phase organique. Nous avons démontré un protocole pour contrôler la réaction interfaciale avec la concentration variable de réticulant dans la phase organique, et le précurseur est limité dans la phase aqueuse
Modern electrochemistry at the liquid-liquid interface, also termed the interface between two immiscible electrolyte solutions (ITIES), has been investigated for over a century due to its special interface properties. It provides a unique platform to allows the non-redox electrochemical detection of ions ranging from protons to macromolecules across the soft molecular interface that is intrinsically defect-free and self-healing. Additionally, the ITIES can act as a scaffold to electrodeposit nanometer-sized objects or charged molecules in arrange film. This thesis is intended for the pesticide detection and electrodeposited films at ITIES. In the first part, we made an effort to detect pesticides at micro-ITIES due to its cost-effectiveness. Due to the miniaturization of ITIES, the micro-pore capillary can be as a support to construct a liquid-liquid interface. Thus, the accumulation of analytes from a solution close to neutral pH into an organic phase through an automatic transfer at open-circuit potential is possible and increasing the detection signal. This strategy is successful for ametryn but is failed for the detection of Imidacloprid and Metam sodium. In the second part, we developed silica deposition at Micro-ITIES. The objective of the silica membrane at ITIES is to focus on improving the selectivity for ion transfer. Electrochemical experiments at the liquid-liquid interface revealed that the TMA+ transfer is blocked by the presence of silica film. However, electrodeposit silica at Micro-ITIES is not accurately reproduced due to the geometry limitation. Furthermore, the ex-situ measures are hardly achieved. In the third part, we realized chitosan electrodeposition at ITIES. Chitosan films act as membrane for ion transfer and presented positive charge, which could provide the adsorption effect for negative ion. To improve the structure of chitosan film, the cross-linker Terephthalaldehyde (TPA) is introduced into the organic phase. We demonstrated a protocol for controlling the interfacial reaction with the variable concentration of cross-linker in the organic phase, and the precursor is limited in the aqueous phase. Therefore, we obtained different types of chitosan films

L'objectif de ce travail de thèse est l'élaboration d'une photodiode organique (OPD) destinée à être intégrée dans un biocapteur. Ce travail s'inscrit dans le cadre plus général de l'étude et de l'amélioration de composants organiques impliqués dans des microsystèmes de détection visant à surveiller la pollution de l'eau. Le besoin d'évaluation et de suivi de la qualité de l'eau suscite un grand intérêt pour des systèmes de détection portables de polluants ayant une réponse rapide et de faible coût. Le principe de la mesure repose sur la détection des variations de fluorescence de micro-algues en présence de substances toxiques. Excitées grâce à une diode électroluminescente (LED) bleue, les algues vont émettre un signal de fluorescence dont l'intensité, modifiée en présence de polluant (Diuron), est détectée par l'OPD optimisée. Le signal de fluorescence à détecter étant très faible, l'OPD idéale doit avoir un faible courant d'obscurité et une grande sensibilité. Cela passe par un choix judicieux des matériaux semi-conducteurs organiques (OSC) entrant dans l'élaboration de la couche active du composant. Pour accompagner le choix des matériaux, il est intéressant d'explorer leurs propriétés physico-chimiques tout en essayant de rationaliser les mécanismes mis en jeu au sein de ces matériaux lorsqu'ils sont utilisés dans l'élaboration d'OPD (phénomènes d'absorption de photons, mécanismes de transport de charges, et pertes associées aux recombinaisons de charges). Cette thèse s'articule autour de deux axes. Le premier axe consiste en une étude théorique qui vise à comprendre et à maitriser l'échange des charges à l'échelle nanométrique par des caractérisations optiques et des calculs de chimie quantique basés sur des méthodes DFT et TD-DFT. L'étude sur un système modèle (le P3HT) a permis d'établir un protocole de calcul très prometteur pour l'étude des propriétés de matériau d'intérêt, en particulier le PTB7. Le second axe est un volet à caractère expérimental. L'élaboration, la caractérisation et l'optimisation d'OPD à base de PTB7 : PC60BM a permis de concevoir un biocapteur algal apte à détecter le Diuron à des concentrations de l'ordre du nanomolaire
The aim of this thesis is to develop an organic photodiode (OPD) designed to be integrated into a biosensor. It is part of the broader framework of studying and improving organic components involved into devices devoted to water pollution monitoring. The need for such portable, fast-response, low-cost microsystems is of great interest. The measurement is based on the fluorescence detection of micro-algae under toxic substances exposure. The excited algae, under a blue light emitting diode (LED), will emit a fluorescence signal whose intensity, modified because of pollutant exposure (Diuron), is detected by the OPD. Since the fluorescence signal is very weak, the ideal OPD must have a low dark current and a high sensitivity. To achieve this performance, a judicious choice of organic semiconductor materials (OSC) used for the OPD is required. In addition, it is interesting to investigate their physico-chemical properties by rationalizing the mechanisms involved in the active layer (photon absorption phenomena, charge transport mechanisms, and losses associated with charge recombinations). This thesis is based on two axes. The first one consists in a theoretical study of the charge exchanges at a nanoscale. This have been done by both optical characterizations and quantum chemistry calculations based on DFT and TD-DFT methods. Calculations were performed on a model system (P3HT) thus providing the basis for a very promising computational protocol for studying the properties of materials of interest, for instance PTB7. The second axis concerns the experimental study of the OPD based on PTB7:PC60BM. We have developed, characterized and optimized an OPD guarantying the detection of algal fluorescence without and with Diuron at about nanomolar concentrations

Le present travail montre l'interet de l'utilisation des microcolonnes en microchromatographie en phase liquide tout en s'interessant particulierement aux problemes de detection et en traitant dans une derniere partie, diverses applications se rapportant aux domaines agro-alimentaire et environnemental. Nous avons dans un premier temps etudie sur les plans theorique et pratique les avantages resultant d'une diminution de diametre interne pour les colonnes remplies. Les contraintes instrumentales qui en decoulent ont ete analysees. Dans les chapitres iii et iv, deuxieme partie de notre travail, nous avons traite de facon approfondie de l'utilisation de la detection uv et de la detection electrochimique. Dans une deuxieme partie, a partir des resultats obtenus, nous avons applique la micro-clhp a des echantillons complexes necessitant un pretraitement avant separation chromatographique. Les divers exemples traites ont porte sur les antioxydants et les herbicides issus de milieux complexes

L'étude porte sur une électrode à butyrylcholinestérase immobilisée, destinée à la détection de pesticides et insecticides inhibiteurs de cette enzyme, en particulier les organophosphorés et les carbamates. Les conditions optimales de mise au point et d'utilisation de cette électrode sont étudiées, ainsi que son comportement en présence d'inhibiteurs solubles dans l'eau, représentés, par le paraoxon. La détection d'inhibiteurs insolubles dans l'eau est effectuée dans un mélange tampon phosphate-éthanol ou méthanol. Le champ des interférences connues est élargi aux sels d'halogénures, et les possibilités de régénération de la butyrylcholinestérase inhibée optimisées. La détection en routine d'inhibiteurs dans les eaux exposées à des risques de pollution accidentelle est mise au point grâce à un ensemble automatisé, dont le fonctionnement est explicité. Un modèle théorique permet d'expliciter certains résultats de l'expérience.

De nos jours, il est urgent de créer des biocapteurs peu coûteux, efficaces et simples à utiliser, capables de quantifier et de détecter rapidement des petites molécules (masse molaire <1000 g / mol) telles que les pesticides, les toxines, les antibiotiques ou les médicaments, pour protéger, à la fois la santé humaine et l’environnement. Les aptamères sont des oligonucléotides en série ARN ou ADN présentant une affinité et une spécificité élevées pour leur cible. Ils peuvent être utilisés comme éléments de reconnaissance moléculaire dans des biocapteurs, appelés aptacapteurs. Ces derniers offrent une alternative prometteuse aux méthodes conventionnelles pour la détection des petites molécules. L'objectif de cette thèse est de concevoir de nouveaux aptacapteurs spécifiques basés sur le couplage de deux stratégies : « light-up » et « kissing-complexe ». Dans un premier temps, une détection à base d'aptamères fluorescents spécifiques de deux précurseurs de microARN, let-7b et miR206, a été développée. Suivant ce concept, un aptacapteur fluorescent à double reconnaissance capable de détecter la théophylline a été par la suite créé. Enfin, deux approches utilisant la méthode d'anisotropie de fluorescence et le déplacement d’un brin complémentaire de l’aptamère ou d’un intercalant de l’ADN ont été appréhendées pour la détection de deux pesticides, l'isocarbophos et le phorate
Nowadays, there is an urgency to detect small molecules (molecular weight < 1000 g/mol) such as pesticides, toxins, antibiotics or drug residues to protect both human and environment health. It is very important to create a cost effective and simple to use sensor system able to rapidly quantify small molecules, with high efficiency of measurements. In this context, aptamers that are RNA or DNA oligonucleotides displaying high affinity and specificity for their cognate target can be used as molecular recognition element in biosensors. These biosensors called aptasensors can provide a valid and interesting alternative to conventional methods.The aim of this thesis consists in engineering new specific aptasensors based on the coupling of two strategies: light-up and kissing-complex. Firstly, we designed a fluorescent aptamer-based sensing specific of two microRNA precursors: let-7b and miR206. In a second time, based on this construct, we create a label free fluorescent double-switch aptasensor to detect theophylline. Finally, in the third work, two aptamer-based fluorescence anisotropy approaches, using the displacement concept, are investigated to detect pesticides including isocarbophos and phorate

La réglementation en matière de sécurité alimentaire impose des exigences de plus en plus strictes notamment au niveau des produits phytosanitaires. Les méthodes analytiques multi-résidus de pesticides se doivent de suivre cette évolution et d'être performantes afin d'atteindre des limites de quantification compatibles avec les limites maximales de résidus. Parmi ces méthodes, la chromatographie en phase gazeuse avec détection spécifique (ECD, NPD,. . . ) est largement utilisée, mais ne permet pas de résoudre les phénomènes de co-élution, d'effets matrice ou d'interférences. Les développements récents de la GC/MS/MS permettent de pallier ces problèmes analytiques en sélectionnant un ion caractéristique du composé cible qui est ensuite excité afin de produire un spectre de dissociation en ion fils. La sensibilité et la spécificité des résultats s'en trouvent accrues. Une partie du travail de ce mémoire est consacré au développement d'une méthodologie d'optimisation des conditions de détection GC/MS/MS à l'aide d'un piège ionique quadripolaire. Le but était de développer une méthode utilisable en analyses de routine, pour identifier et quantifier les résidus de pesticides dans des matrices végétales. Pour cela, deux méthodes ont été étudiées et comparées pour douze produits phytosanitaires représentatifs des matières actives utilisées en agriculture. La méthode A, exhaustive, étudie l'influence du paramètre de stabilité qz sur l'efficacité du processus de dissociations induites par collision (n cid) en fonction de l'amplitude d'excitation non résonnante Vp-p appliquée à l'ion précurseur. La méthode B, plus automatique, consiste à travailler à un paramètre qz fixe afin de déterminer rapidement l'amplitude d'excitation. L'application de cette dernière méthode à l'analyse de résidus dans les matrices végétales et sa comparaison avec les détections GC/ECD et GC/TSD démontre les réelles perspectives offertes par la GC/EI/MS/MS.

Le travail presente dans ce manuscrit est divise en deux parties. La premiere est focalisee sur la caracterisation du systeme analytique, i. E. Un systeme de detection/transduction et un support d'immobilisation, le plus performant pour le developpement d'immunocapteurs en flux continu. La seconde partie est dediee a l'etude de l'electrochimiluminescence (ecl) du luminol et a son application au developpement de biocapteurs electrochimiluminescent. Deux molecules ont ete utilisees pour l'etude d'immunocapteurs : un herbicide, l'acide 2,4-dichlorophenoxyacetique (2,4-d) et une toxine planctonique, l'acide okadaique (oa). Dans une premiere etude, le 2,4-d est utilise comme molecule cible afin de comparer les performances de deux systemes de detection, l'electrochimiluminescence du luminol et la chimiluminescence (cl) catalysee par la peroxydase. La reaction ecl, declenchee par une electrode de carbone vitreux polarisee a + 425 mv vs pt (pseudo-reference), permet une detection tres sensible du luminol et d'anticorps marques par le luminol. Neanmoins, malgre cette sensibilite, l'immunocapteur cl est apparu etre le plus performant avec une detection du 2,4-d possible sur la gamme 0,2 g/l - 200 mg/l. Cette etude a ete menee en utilisant l'electrode de carbone elle meme comme support d'immobilisation. Ce systeme est apparu stable et regenerable mais dans des conditions relativement difficiles (une etape de sonication). Afin de solutionner ce probleme, les etudes se sont dirigees vers la recherche d'un support d'immobilisation minimisant l'adsorption non-specifique des anticorps et permettant une regeneration aisee de l'antigene immobilise. Ces caracteristiques ont ete reunies avec un nouveau type de membranes preactivees (ultrabind t m). Ces dernieres sont utilisees pour le developpement d'un immunocapteur pour la detection de l'oa dans des tissus de moules. Dans ce cas, les membranes d'antigene immobilise sont stables et regenerables par simple application d'une solution chaotropique. Cet immunocapteur est alors utilise afin de comparer une detection chimiluminescente et un troisieme systeme de transduction, l'amperometrie, base sur l'activite d'anticorps marques par la glucose oxydase (god). Comme attendu, l'immunocapteur cl s'est avere le plus performant avec une limite de detection de 0,1 g/l, obtenue en 20 minutes, alors que l'obtention de cette limite de detection necessite 50 minutes avec le systeme amperometrique. De plus, l'immunocapteur cl a pu etre totalement integre dans un systeme a flux continu. Lorsque ce systeme analytique est applique a la detection du 2,4-d, les performances de l'immunocapteur apparaissent egalement satisfaisantes pour un temps de mesure de 20 minutes. Les immunocapteurs cl utilisant les membranes ultrabind t m semblent donc les plus performants pour l'immunodetection rapide de molecules de faible poids moleculaire. La detection electrochimiluminescente du luminol s'est averee tres sensible. Cette reaction permet egalement de detecter une seconde molecule, le peroxyde d'hydrogene. Cette opportunite est utilisee dans cette deuxieme partie afin d'etudier deux biocapteurs en flux continu bases sur l'immobilisation de la glucose oxydase et de la lactate oxydase. La haute sensibilite de la detection du peroxyde d'hydrogene, de 1,5 pmol a 27,5 nmol, nous a permis d'obtenir des limites de detection respectivement de 60 et 150 pmol pour les biocapteurs a lactate et a glucose. De plus, l'utilisation de ces biocapteurs pour des dosages dans des matrices complexes telles que du serum humain ou du petit lait nous a permis de demontrer l'absence d'interferences dues a ces matrices. Ces mesures en milieu complexe presentent une bonne correlation avec les methodes de references et sont stables lors d'utilisations repetees des biocapteurs (40-60 essais sur 20 heures).

Le travail de cette thèse a consisté à étudier l'immobilisation de molécules biochimiques sur des transducteurs potentiométriques par différentes méthodes d'immobilisation, afin de réaliser des micro capteurs de type ISFET pour déterminer un pesticide organophosphoré (le trichlo fon) dans l'eau. Deux grands types d'immobilisation ont été mis au point : - le dépôt de monocouches enzymatiques par la technique Langmuir-Blodgett - le dépôt de membranes enzymatiques épaisses. Dans le cadre du dépôt de monocouches enzymatiques, nous nous sommes attachés à qualifier la présence des molécules d'enzyme (la butyrylcholine estérase) dans les films mixtes amphiphile/enzyme de Langmuir à l'interface eau/air. A partir de nos résultats, une hypothèse sur l'évolution du film mixte amphiphile/ODA à l'interface air/eau a été proposée. Nous supposons qu'il existe une réorganisation des molécules d'enzyme avec les molécules de st arylamine pour des pressions de surface comprises entre 35 mN/m et 43 mN/m. Ce processus de réorganisation est contrôlé par le temps de relaxation du film. Cette hypothèse est confirmée par la spectroscopie FTIR-ATR et l'AFM du film LB mixte. Les micro biocapteurs potentiométriques (ENFETs) pour déterminer le trichlo fon ont été réalisés par cette méthode. Ce type de biocapteur a permis d'atteindre des limites de détection de 0. 1μM. Nous avons aussi effectué deux types différents de membranes enzymatiques épaisses afin de réaliser des micro capteurs pour détecter le trichlo fon. Une procédure classique basée sur l'immobilisation de l'enzyme dans le BSA suivie de sa réticulation par le glutaraldéhyde est comparée à une nouvelle procédure par piégeage de l'enzyme en utilisant une matrice de polymère photo polymérisable : le PVA/SbQ contenant du styrylpyridinium. Sur la base de ces deux types d'ENFETs, les performances analytiques (la sensibilité, la durée de vie, la dynamique. ) sont comparées à partir de l'inhibition de l'enzyme. Les résultats obtenus montrent que l'immobilisation d'enzyme dans la membrane PVA/SbQ conduit à des micro capteurs présentant de meilleures caractéristiques que celles qui sont obtenues par la réticulation de l'enzyme : une plus grande dynamique linéaire de mesure dans le mode cinétique, une meilleure reproductibilité et surtout une meilleure stabilité au stockage. Les deux types d'immobilisation conduisent à des micro capteurs qui présentent la même limite de détection pour le trichlo fon : 1μM.

La diffusion Raman exaltée de surface (SERS) est utilisée pour la mise au point d’un biocapteur capable de détecter des pesticides dans l’eau, en se basant sur le suivi de l’activité enzymatique de l’Acétylcholinestérase (ACHE). Les nanoparticules d’or sont utilisées comme substrats SERS actifs. Le signal Raman exalté de l’analyte est optimisé en testant plusieurs types de nanoparticules.Le Raman SERS a permis la détection directe du Paraoxon (PO) et du carbaryl (CA) et la possibilité de suivi de l’activité de l’ACHE. En absence d'inhibiteurs, la molécule d’acétylcholine (ATC) est transformée en acide acétique et en choline par l’enzyme ACHE. La mesure de l’activité de l’ACHE repose sur le suivi des concentrations en ATC car sa transformation est inhibée en présence de pesticides. Il a été ainsi possible d’établir une relation linéaire entre la concentration de pesticides et l’exaltation du signal Raman de l’ATC non transformé. La méthode a permis la détection du PO et du CA, avec une limite de détection beaucoup plus faible que la détection directe. Ce biocapteur basé sur l’activité de l’ACHE a ensuite été utilisé pour l'évaluation d’autres polluants (inhibiteurs d’ACHE) comme les additifs contenus dans les plastiques notamment. Enfin, nous avons développé une seconde approche qui consistait à mesurer l’activité de l’ACHE en utilisant la diffusion dynamique de la lumière. En effet, nous avons montré que les paramètres physicochimiques (agrégation) des AuNPs en contact avec certaines molécules, sont fortement influencés par l’activité enzymatique de l’ACHE. C’est ce phénomène d’instabilité qui nous a permis de distinguer entre les deux cas : absence et présence de PO
Surface-enhanced Raman scattering (SERS) was used to develop a biosensor for the detection of pesticides through the monitoring of the enzymatic activity of acetylcholinesterase (ACHE). Gold nanoparticles (AuNPs) were used as an active SERS substrate. The enhanced Raman signal of the analyte is optimized by testing several types of nanoparticles. Raman SERS allowed the direct detection of Paraoxon (PO) and carbaryl (CA) pesticides and the possibility of follow-up of the activity of the ACHE. In the absence of inhibitors, the acetylcholine (ATC) is transformed into acetic acid and choline by the enzyme ACHE. The measurement of ACHE activity is performed through the monitoring of ATC concentrations because its transformation is inhibited in the presence of pesticides. Results showed a linear correlation between the concentration of pesticides and the SERS signal of the untransformed ATC. The method was optimized for the quantification of paraoxon and carbaryl with a limit of quantification much lower than the one obtained with a direct detection. Their identification was also possible using chemometrics. This biosensors, based on the ACHE activities, was applied to the evaluation of emergent pollutants: additives of commercial polymers. Our results suggested that most of the tested polymers contained molecules that act as inhibitors of the ACHE. Finally, we propose another very simple approach to measure the ACHE activity using dynamic light scattering measurements. We found that the physicochemical parameters (aggregation) of AuNPs were strongly influenced by the enzymatic activity of ACHE when in contact with specified molecules, allowing to detect the presence of PO

Les travaux présentés dans ce manuscrit concernent le développement d‘une approche originale permettant la détermination de plusieurs composés (principalement aflatoxines et pesticides organophosphorés), à l‘aide de biocapteurs électrochimiques basés sur l‘inhibition de l‘acétylcholinestérase. Dans un premier temps, un nouveau biocapteur potentiométrique utilisant des transistors à effet de champ sensibles au pH (pH-FETs) comme transducteurs a été développé pour la détermination de l‘aflatoxine B1 (AFB1) et différent paramètres d‘élaboration et de fonctionnement du biocapteur ont été optimisés. Le biocapteur proposé est caractérisé par une stabilité opérationnelle élevée and bonne reproductibilité du signal en cours d‘utilisation et de stockage. Le biocapteur a ensuite été évalué pour l‘analyse d‘échantillons réels (blé, sésame, noix et pois) et une simulation mathématique de la réponse du biocapteur potentiométrique à l‘AFB1 a été proposée pour la première fois et validée. Dans un deuxième temps, un biocapteur conductimétrique utilisant des microélectrodes interdigitées en or a été développé. La sensibilité de ce biocapteur aux aflatoxines ainsi qu‘à d‘autres classes de substances toxiques, tels que les pesticides organophosphorés, les métaux lourds, les glycoalkaloïdes, et les surfactants, a été déterminée. Une nouvelle procédure originale, permettant la détermination sélective de toxines multiclasses par application successive de solutions de réactivation visant spécifiquement des inhibiteurs irréversibles ou réversibles, a été finalement proposée. En utilisant cette méthode, il a été montré que les biocapteurs enzymatiques pouvaient être appliqués à l‘analyse des aflatoxines et des pesticides organophosphorés, ainsi qu‘à la détermination de la toxicité globale des échantillons
Investigations reported in this manuscript are focused on the development of an original approach for the detection of several toxic compounds, mainly aflatoxins and organophosphorus pesticides, using acetylcholinesterase (AChE)-based inhibitory electrochemical biosensors. In a first step, a new potentiometric biosensor using pH Sensitive Field-Effect Transistors (pH-FETs) as transducers was investigated for aflatoxin B1 (AFB1) determination and different elaboration and working parameters were optimized. The proposed biosensor was characterized by high operational stability and reproducibility of the signal during the work as well as during the storage. The biosensor was further evaluated for real samples analysis (wheat, sesame, walnuts and peas) and a mathematical simulation of the potentiometric biosensor response to aflatoxin B1 was proposed for the first time and validated. In a second step, a conductometric biosensor using interdigitated gold microelectrodes was developed. The sensitivity of the biosensor to aflatoxins and other classes of toxic substances, such as organophosphorus pesticides, heavy metals ions, glycoalkaloids, and surfactants, was determined. A new and original procedure, enabling the selective determination of multiclass toxins by applying successive reactivation solutions targeting either irreversible or reversible inhibitors, was finally proposed. Using this method, the electrochemical enzyme inhibitory biosensors could be applied to the analysis of aflatoxins and organophosphorus pesticides, as well as for the determination of total toxicity of the samples

L'étude porte sur une électrode à butyrylcholinestérase immobilisée, destinée à la détection de pesticides et insecticides inhibiteurs de cette enzyme, en particulier les organophosphorés et les carbamates. Les conditions optimales de mise au point et d'utilisation de cette électrode sont étudiées, ainsi que son comportement en présence d'inhibiteurs solubles dans l'eau, représentés, par le paraoxon. La détection d'inhibiteurs insolubles dans l'eau est effectuée dans un mélange tampon phosphate-éthanol ou méthanol. Le champ des interférences connues est élargi aux sels d'halogénures, et les possibilités de régénération de la butyrylcholinestérase inhibée optimisées. La détection en routine d'inhibiteurs dans les eaux exposées à des risques de pollution accidentelle est mise au point grâce à un ensemble automatisé, dont le fonctionnement est explicité. Un modèle théorique permet d'expliciter certains résultats de l'expérience.

Le premier chapitre de ce travail concerne l'optimisation d'un microdispositif de type isfet (ion sensitive field effect transistor) dont les avantages specifiques et l'originalite de sa conception ont donne lieu au depot d'un brevet. Ce dispositif modifie a l'aide de membranes enzymatiques specifiques a conduit a la mise au point de microbiocapteurs a glucose et a pesticides, dont les performances respectives sont presentees dans le chapitre 2. Dans le cas des pesticides la detection est egalement possible sur un transducteur micro-conductimetrique qui conduit, en depit de sa conception tres simple a des niveaux de sensibilite comparables. Le troisieme chapitre montre comment les connaissances acquises sur les transducteurs abordes dans les chapitres precedents, en particulier au niveau de la preparation des membranes enzymatiques a permis de deboucher sur un microbiocapteur operationnel. Celui-ci de par sa biocompatibilite et son caractere extremement peu invasif autorise des mesures de longue duree in-vivo. En particulier le monitoring cerebral du glucose a pu etre realise sur le rat soumis a divers traitements pouvant perturber le metabolisme de cette espece

Le travail de cette thèse a consisté à développer des microbiocapteurs de type ISFET (Ion Sensitive Field Effect Transistor) et conductimétrique en utilisant l'enzyme tyrosinase pour la détection de pesticides dans l'eau. Ces deux types de capteurs ont été mis au point à l'Institut International de Formation de Science en Matériaux (ITIMS), Viet Nam. En particulier, les étapes de diffusion de dopants ont été réalisées par la technique Spin On Glass (SOG). La biofonctionnalisation de ces capteurs a été réalisée par immobilisation de l'enzyme tyrosinase avec de la bovine sérum albumine (BSA) en présence de vapeur de glutaraldéhyde. Le temps de contact avec le glutaraldéhyde, la charge en enzyme, le pH, la nature du substrat, le temps pour chaque mesureont été optimisé afin d'obtenir les meilleurs caractéristiques analytiques possibles. Ces capteurs nous ont permis de détecter en phase aqueuse des dérivés phénoliques ainsi que des pesticides de type diuron et atrazine. La limite de détection est de 2,15 ppb pour l'atrazine et 2,33 ppb pour le diuron, le temps de réponse est de 1 à 5 minutes, l'activité enzymatique reste de 90 % après 23 jours dans un tampon à 4ʿC et la dérive est de 5 %

La détection de molécules toxiques pour l’Homme et son environnement est d’une importance cruciale et fait partie des préoccupations majeures de la société actuelle. Les résidus de pesticides tels que l’atrazine ainsi que la mélamine font notamment partie de ces molécules dangereuses pour la santé humaine. Ces deux molécules sont principalement dosées par des techniques lourdes et coûteuses comme la spectrométrie de masse, la chromatographie ou l’électrochimie. De même, la détection des amines biogéniques représente un intérêt sociétal. Elles sont produites par des bactéries durant la décarboxylation des acides aminés dans les cellules. Leur détection permet ainsi d’évaluer la contamination microbiologique et la dégradation potentielle d’un aliment. Elles sont aujourd’hui dosées par chromatographie en phase liquide ou en en phase gaz, par électrochromatographie capillaire et par spectroscopie UV-visible. Quelques exemples de détection par fluorescence ont déjà été décrits dans la littérature mais la nécessité de développer de nouveaux récepteurs fluorescents efficaces est bien réelle.La fluorescence est une technique qui offre de multiples avantages tels que la sensibilité, la sélectivité et un faible coût. De nombreuses sondes fluorescentes capables de détecter des métaux lourds ont été développées au laboratoire PPSM. Cependant, la détection de molécules neutres par fluorescence représente un défi supplémentaire en raison de la nature plus faible de l’interaction, comparée à celle entre espèces chargées.La première étape de cette thèse a été de concevoir et de synthétiser un ensemble de sondes moléculaires fluorescentes, aussi bien pour la détection de l’atrazine, de ses produits de dégradation et des dérivés de la mélamine que pour la détection des amines biogéniques. Des fluorophores dérivés de la molécule de maléimide, de naphthalimide et de l’acide barbiturique ont ainsi été développés pour sonder les dérivés de triazine en exploitant leur système de trois liaisons hydrogène pour la reconnaissance moléculaire. De même, un calix[6]arène fluorescent a été conçu pour déceler la présence des amines biogéniques qui provoqueront une réponse fluorescente par encapsulation dans le calixarène.La deuxième étape a consisté à étudier les propriétés photophysiques de ces sondes. La sonde Naphth-AlcyneOMe possède un rendement quantique élevé, s’est révélée fortement solvatochrome. Elle est de plus sensible à la déprotonation de sa fonction imide. Des études RMN et de modélisation moléculaire ont également été menées afin de caractériser les sondes de manière plus approfondie et de comprendre plus précisément leur réactivité. La spectroscopie RMN a confirmé l’interaction par liaison hydrogène entre les sondes maléimide et naphthalimides et la molécule d’atrazine. Elle a aussi mis en évidence l’encapsulation de l’heptylamine dans le calix[6]arène. Pour sa part, la modélisation moléculaire nous a permis de mieux comprendre la photophysique de la sonde Naphth-TriazoleOMe.Enfin, la capacité des sondes à détecter les divers analytes cibles par fluorescence a été évaluée lors de la dernière étape de ce projet. La sonde TPA-BARB a présenté une forte exaltation de fluorescence en présence des dérivés de mélamine alors que le calix[6]arène-quinoléine Calix-Quino est capable de détecter les amines aliphatiques par fluorescence
The detection of molecules toxic for man and his environment is one of the major concerns of our society. Melamine and the pesticide residues such as atrazine are some of these dangerous molecules. These two molecules are usually measured with time-consuming and costly techniques like mass-spectrometry, chromatography or electrochemistry. In the same way, the detection of biogenic amines is of the greatest importance. They are produced by some bacteria during the decarboxylation of amino acids in the cells. So their detection allows to assess the microbiologic contamination and the potential degradation of a food. Today they are measured by chromatography in the liquid or gas phase, capillary electrochromatography and UV-visible spectroscopy. Some examples of detection by fluorescence have been described in scientific literature, but it is really necessary to develop some new efficient fluorescent receptors.Fluorescence is a technique which offers many advantages such as sensitivity, selectivity and a low cost. A lot of fluorescent probes able to detect heavy metals have been developed in PPSM laboratory. However the detection of neutral molecules by fluorescence represents an additional challenge as the interaction is weaker than with charged species.The first step of this thesis was to design and synthesize a set of fluorescent molecular probes designed to detect atrazine, the products of its degradation and melamine derivatives as well as biogenic amines. Some fluorophores based on maleimide, naphtalimide and barbituric acid moieties have been developed for the detection of the triazines derivatives by exploiting their three hydrogen bonds for molecular recognition. In order to detect the presence of biogenic amines, a fluorescent calix[6]arene which lead to a fluorescent change upon encapsulation in the calixarene cavity has been designed.The second step consisted in studying the photophysical properties of these probes. Naphth-AlcyneOMe probe which has a high quantum yield turned out to be highly solvatochromic. Moreover it is sensitive to the deprotonation of its imide function. NMR studies and molecular modeling were conducted in order to deepen the characteristics of the probes and better understand their reactivity. NMR spectroscopy confirmed the interaction through hydrogen bonding between maleimide and naphtalimide probes and the atrazine molecule.It highlighted the encapsulation of heptylamine in the calix[6]arene. Molecular modeling enabled us to better understand the photophysics of Naphth-TriazoleOMe probe.Finally the capacity of probes to detect the various analytes by fluorescence was assessed in our last part. TPA-BARB probe presented a high exaltation of fluorescence in presence of melamine derivatives whereas the calix[6]arène-quinoleine Calix-Quino is able to detect aliphatic amines by fluorescence

La pollution des produits agroalimentaires et des eaux environnementales par les substances phytosanitaires et les médicaments est une réelle préoccupation de santé publique. Il existe aujourd’hui de nombreuses méthodes d’analyses quantitatives développées sur des appareils de type triple quadripôle pour leur détection mais elles ne se préoccupent peu ou pas des résidus médicamenteux et des produits de dégradation abiotique ou biologique des polluants et sont limitées à un nombre restreint et figé de molécules.Dans ce contexte, nous avons développé une méthode d’analyse basée sur la métabolomique par chromatographie liquide haute performance couplée à la spectrométrie de masse à ultra-haute résolution (LC-HRMS). Deux matrices (miel et eau souterraine) ont ainsi été étudiées comme preuve de concept. Nous avons montré que la LC-HRMS associée à des outils de fouille de données permet (i) une recherche ciblée de polluants prioritaires, (ii) la détection sans a priori de contaminants inattendus ou inconnus et (iii) la recherche de métabolites nécessaire à la classification des échantillons en fonction de leur métadonnée (adultération, origine géographique, etc.). Ensuite, une approche semi-quantitative ciblée large spectre a été développée et validée pour la détection de pesticides, médicaments et métabolites dans l’eau par couplage de la SPE en ligne avec l’UHPLC-ESI-HRMS. Cette méthode permet la détection de 539 contaminants organiques en 36 minutes dans 5 millilitres d’eau au seuil minimum réglementaire de 0,1 µg/L. L’étude de 26 eaux du robinet de la région parisienne a permis de mettre en évidence la présence à l’état de trace de 37 polluants dont 6 médicaments
Pollution of agrifood and environmental water by pesticides and drugs is a real public health concern. There are many quantitative methods developed on triple quadrupole mass spectrometer for their detection, but drug residues and abiotic or biological degradation of pollutants are generally not considered and are limited to a predetermined and restricted list of molecules.In this context, we have developed an analytical method based on metabolomic analyses by high performance liquid chromatography coupled with ultra-high resolution mass spectrometry (LC-HRMS). Two matrices (honey and groundwater) were investigated as proof of concept studies. We showed that LC-HRMS associated to data mining tools enables (i) targeted analyses of pollutants, (ii) detection of untargeted and unknown xenobiotics, and (iii) detection of metabolites useful for the characterization of matrices. Then, a large targeted and semi-quantitative approach has been developed and validated for the detection of pesticides, drugs and metabolites in water samples by using on line SPE and UHPLC-ESI-HRMS. This method allowed the detection of 539 organic contaminants at the MLR of 0.1 µg/L in 36 minutes with only 5 milliliter of water. A study of 26 tap water samples from the Paris region showed the presence of 37 pollutants including 6 drugs

La pollution des produits agroalimentaires et des eaux environnementales par les substances phytosanitaires et les médicaments est une réelle préoccupation de santé publique. Il existe aujourd’hui de nombreuses méthodes d’analyses quantitatives développées sur des appareils de type triple quadripôle pour leur détection mais elles ne se préoccupent peu ou pas des résidus médicamenteux et des produits de dégradation abiotique ou biologique des polluants et sont limitées à un nombre restreint et figé de molécules.Dans ce contexte, nous avons développé une méthode d’analyse basée sur la métabolomique par chromatographie liquide haute performance couplée à la spectrométrie de masse à ultra-haute résolution (LC-HRMS). Deux matrices (miel et eau souterraine) ont ainsi été étudiées comme preuve de concept. Nous avons montré que la LC-HRMS associée à des outils de fouille de données permet (i) une recherche ciblée de polluants prioritaires, (ii) la détection sans a priori de contaminants inattendus ou inconnus et (iii) la recherche de métabolites nécessaire à la classification des échantillons en fonction de leur métadonnée (adultération, origine géographique, etc.). Ensuite, une approche semi-quantitative ciblée large spectre a été développée et validée pour la détection de pesticides, médicaments et métabolites dans l’eau par couplage de la SPE en ligne avec l’UHPLC-ESI-HRMS. Cette méthode permet la détection de 539 contaminants organiques en 36 minutes dans 5 millilitres d’eau au seuil minimum réglementaire de 0,1 µg/L. L’étude de 26 eaux du robinet de la région parisienne a permis de mettre en évidence la présence à l’état de trace de 37 polluants dont 6 médicaments
Pollution of agrifood and environmental water by pesticides and drugs is a real public health concern. There are many quantitative methods developed on triple quadrupole mass spectrometer for their detection, but drug residues and abiotic or biological degradation of pollutants are generally not considered and are limited to a predetermined and restricted list of molecules.In this context, we have developed an analytical method based on metabolomic analyses by high performance liquid chromatography coupled with ultra-high resolution mass spectrometry (LC-HRMS). Two matrices (honey and groundwater) were investigated as proof of concept studies. We showed that LC-HRMS associated to data mining tools enables (i) targeted analyses of pollutants, (ii) detection of untargeted and unknown xenobiotics, and (iii) detection of metabolites useful for the characterization of matrices. Then, a large targeted and semi-quantitative approach has been developed and validated for the detection of pesticides, drugs and metabolites in water samples by using on line SPE and UHPLC-ESI-HRMS. This method allowed the detection of 539 organic contaminants at the MLR of 0.1 µg/L in 36 minutes with only 5 milliliter of water. A study of 26 tap water samples from the Paris region showed the presence of 37 pollutants including 6 drugs

La pollution des eaux est particulièrement problématique pour les pays industrialisés et les pays en développement. Des suivis environnementaux se sont alors avérés nécessaires afin de progresser dans la compréhension des origines et des conséquences de la présence de ces polluants. Parmi les polluants organiques les plus dangereux, les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) et les pesticides qui peuvent se retrouver à l’état de traces dans les milieux aquatiques. Leur analyse nécessite des méthodes analytiques à la fois spécifiques et sensibles. L’Extraction sur Phase Solide (SPE) suivi d’une analyse par la Chromatographie Gazeuse couplée à la Spectrométrie de Masse (GC-MS) est la méthode la plus couramment employée. Les travaux de thèse s’inscrivent ainsi dans l’optique généralevisant à développer des nouvelles méthodes analytiques pour l’extraction et l’analyse de cesdeux familles de polluants organiques présents dans l’eau. Afin de pallier les contraintes classiques de la SPE, une nouvelle approche a été développée qui consiste à introduire latechnique de centrifugation dans certaines étapes de la procédure SPE. La nouvelle méthodeélaborée a permis de réduire considérablement le temps de préparation et d’économiserl’utilisation et le rejet des solvants organiques, en réduisant presque 10 fois les volumes nécessaires à l’obtention des rendements de récupération satisfaisants. Une méthoded’analyse par injection à température programmable (PTV) a été optimisée afin d’améliorerles seuils de détection des HAP. Cette étude a permis également d’avoir les informations surla qualité des eaux de pluie, eaux souterraines et eaux de surface au Liban quant au niveau deleur contamination pour les HAP et les pesticides
Water pollution presents a very critical problem facing industrial and developping countries. The environmental monitoring of the contaminants seems necessary to understand their sources and impacts. Among a wide variety of organic pollutants present in water,polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and pesticides are of particular importance as widespread, persistent, and toxic contaminants. They are usually present at trace levels in theacquatic surfaces; therefore their detection and control require selective and sensitiveanalytical procedures. The Solid-Phase Extraction (SPE) followed by the Gas-Chromatography coupled to Mass Spectrometry (GC-MS) are the most commonly usedtechniques for their analysis in water. Thesis objectives are focused on the development of new analytical methods for the extraction and analysis of these two families of pollutants present in water. To overcone the contraints of the traditional SPE, a new approach was developed consisting on the introduction of the centrifugation in several steps of the procedure. The new method showed practical environmental and economical advantages interms of sample preparation time, simplicity, reduction in solvent use, and cost and isparticularly suitable for routine applications requiring a high sample throughput. Aprogrammed temeperature vaporizing (PTV) injection method was also optimized and validated in order to improve the detection limits for the GC-MS analysis of PAHs. The evaluation of the quality of different water systems in Lebanon including rainwater,groundwater, drinking water and surface water was accomplished in this study

La pollution des eaux est particulièrement problématique pour les pays industrialisés et les pays en développement. Des suivis environnementaux se sont alors avérés nécessaires afin de progresser dans la compréhension des origines et des conséquences de la présence de ces polluants. Parmi les polluants organiques les plus dangereux, les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) et les pesticides qui peuvent se retrouver à l'état de traces dans les milieux aquatiques. Leur analyse nécessite des méthodes analytiques à la fois spécifiques et sensibles. L'Extraction sur Phase Solide (SPE) suivi d'une analyse par la Chromatographie Gazeuse couplée à la Spectrométrie de Masse (GC-MS) est la méthode la plus couramment employée. Les travaux de thèse s'inscrivent ainsi dans l'optique générale visant à développer des nouvelles méthodes analytiques pour l'extraction et l'analyse de ces deux familles de polluants organiques présents dans l'eau. Afin de pallier les contraintes classiques de la SPE, une nouvelle approche a été développée qui consiste à introduire la technique de centrifugation dans certaines étapes de la procédure SPE. La nouvelle méthode élaborée a permis de réduire considérablement le temps de préparation et d'économiser l'utilisation et le rejet des solvants organiques, en réduisant presque 10 fois les volumes nécessaires à l'obtention des rendements de récupération satisfaisants. Une méthode d'analyse par injection à température programmable (PTV) a été optimisée afin d'améliorer les seuils de détection des HAP. Cette étude a permis également d'avoir les informations sur la qualité des eaux de pluie, eaux souterraines et eaux de surface au Liban quant au niveau de leur contamination pour les HAP et les pesticides.

Methode de concentration des pesticides organochlores dans les eaux par colonne pulsee a extraction liquide-liquide. L'utilisation de cette technique couplee avec la chromatographie en phase gazeuse permet d'ameliorer de facon significative les seuils de detection de ces polluants dans les eaux par rapport aux methodes traditionnelles. Description de l'optimisation du fonctionnement de cette colonne pour differents micropolluants de nature synthetique. Etude et suivi du fonctionnement d'un epurateur au charbon actif dans une station de traitement de l'eau

Cette étude a donc d’abord développé un système miniaturisé du couplage en ligne de l’extraction sur phase solide à la microchomatographie en phase liquide associée à la détection par spectrométrie de masse pour l’analyse des pesticides polaires (ammélide, amméline, DAA, DIA, DEA et atrazine) contenus dans des eaux. L’analyse a été permise à partir d’une phase stationnaire en carbone graphitisé poreux (PGC). Ce couplage a été mis en œuvre pour la préconcentration et l'analyse des microcystines. Une culture de masse de cyanobactéries a permis de récupérer et d'isoler plusieurs microcystines. Un support d'immunoextraction basé sur les anticorps anti-microcystine LR a été développé. Ce système est utilisé pour l'étude du comportement des microcystines sur ce support. Les informations sur les types d’interactions mises en jeu lors de l’immunopréconcentration des microcystines ont été étudiées. L'application d'échantillons réels a été réalisée pour l’extraction d’autres microcystines.