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| Conception de capteurs moléculaires greffés sur surface pour la détection d’éléments-traces métallique (Design of surface-grafted molecular sensors for the detection of metallic trace elements) Fournier Le Ray, Nicolas - (2023-12-11) / Université de Rennes - Conception de capteurs moléculaires greffés sur surface pour la détection d’éléments-traces métallique
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Langue : Français Directeur(s) de thèse: Fillaut, Jean-Luc; Gauffre, Fabienne Discipline : Chimie moléculaire et macromoléculaire Laboratoire : ISCR Ecole Doctorale : S3M Classification : Chimie, minéralogie, cristallographie Mots-clés : métaux lourds, photopolymérisation à deux photons, transfert d’électron photoinduit (PET), détection luminescente, fonctionnalisation de surface (NITEC), multiplexage, BODIPY, tétrazole
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Résumé : Le but de ce travail de recherche était de développer une nouvelle génération de capteurs moléculaires, à l’échelle micrométrique, pour la détection, par luminescence, d’éléments-traces métalliques, également appelés métaux lourds. Nous nous sommes orientés vers la conception de structures moléculaires polyfonctionnelles greffables sur des surfaces polymères, par voie photochimique. Ces structures moléculaires sont divisibles en trois fragments : une partie photocliquable permettant de greffer le système sur la surface, un récepteur pouvant interagir avec les analytes, et un transducteur luminescent servant à traduire ces interactions. La conception des surfaces a été réalisée par photopolymérisation à deux photons. Cette méthode autorise une précision de polymérisation de l’ordre du micromètre amenant ainsi à la miniaturisation des nos systèmes. Le développement d’une méthode de greffage « photo-click » activée, au moyen de dérivés binaphtyles de tétrazoles, nous a permis de réaliser la fonctionnalisation des surfaces. Ces tétrazoles ont été conçus au titre d’absorbeurs mono- et bi-photoniques. Cette méthode permet d’atteindre un contrôle spatial précis du greffage des sondes, un objectif étant l’obtention d’une surface dite « multiplexée » visant à la détection luminescente simultanée de plusieurs analytes. La détection luminescente des analytes a été conçue sur la base de transferts d’électron photoinduits (PET) : en l’absence d’analyte, l’émission de luminescence est éteinte, par un transfert d’électron du récepteur au transducteur. La fluorescence est retrouvée lorsqu’un analyte spécifique interagit avec le récepteur, ce qui permet de révéler sa présence. Le modèle moléculaire (tétrazole-BODIPY-récepteur) développé au cours de cette thèse permet de réunir ces trois propriétés : greffage par photo-activation contrôlée, interaction récepteur-analyte, détection par luminescence. Leurs utilisations à l’interface solide-liquide, permettent d’envisager le développement de surfaces multiplexées de taille micrométrique pour la détection d’éléments-traces métalliques, intégrables dans des dispositifs miniaturisés. Abstract : The aim of this research work was to develop a new generation of molecular sensors, at the micrometric scale, for the detection, by luminescence, of metallic trace elements, also called heavy metals. We have moved towards the design of polyfunctional molecular structures that can be grafted onto polymer surfaces, by photochemical means. These molecular structures are divisible into three fragments: a photoclickable part allowing the system to be grafted onto the surface, a receptor that can interact with the analytes, and a luminescent transducer used to translate these interactions. The surface design was carried out by two-photon photopolymerization. This method allows polymerization precision of the order of a micrometer, thus leading to the miniaturization of our systems. The development of an activated “photo-click” grafting method, using binaphthyl derivatives of tetrazoles, allowed us to achieve surface functionalization. These tetrazoles were designed as mono- and bi-photon absorbers. This method makes it possible to achieve precise spatial control of the grafting of the probes, one objective being the obtaining of a so-called “multiplexed” surface aimed at the simultaneous luminescent detection of several analytes. Luminescent detection of analytes was designed on the basis of photoinduced electron transfers (PET): in the absence of analyte, the luminescence emission is extinguished, by an electron transfer from the receiver to the transducer. Fluorescence is found when a specific analyte interacts with the receptor, revealing its presence. The molecular model (tetrazole-BODIPY-receptor) developed during this thesis makes it possible to bring together these three properties: grafting by controlled photo-activation, receptor-analyte interaction, detection by luminescence. Their uses at the solid-liquid interface make it possible to consider the development of micrometric-sized multiplexed surfaces for the detection of metallic trace elements, which can be integrated into miniaturized devices. | |||