Nanostructured Bioarchitectures for Electrochemical and Optical Biosensor applications - Design of a Biocathode for Biofuel Cells
Description
The advancing field of medicine and environmental analysis demands sensitive and accurate methods for sensing harmful organic molecules The research work in this thesis presents a novel affinity system for immobilization of bioreceptors, a novel signal amplification strategy, and novel nanomaterials based bio-designs (architectures) with the improved biosensor or bio-fuel cell (bio-cathode) performances.Firstly, a new affinity system based on supramolecular host-guest interactions between biotin and beta-CD with an association constant of 3 x 102 M-1 is studied. This allows immobilization of a variety of commercially available biotin labelled bioreceptors for biosensing application. beta-CD modified Au-NPs were successfully applied as optical antenna for additional SPRi signal amplification using QD labels. The beneficial effect of the combination of these nano-objects enables the construction of highly sensitive DNA or immunosensors.Secondly, various kinds of nanomaterials such as nanodiamonds, carbon nanotubes, magnetic nanoparticles, graphene and are employed to modify transducer surface followed by non-covalent functionalization with pyrene derivatives. The novel 3D layer-by-layer deposition of nanotubes and different sized nanoparticles with varying porosity presents a flexible approach towards construction of enzymatic or immuno-sensors. Graphene, a material with atomic thickness doubles the SPR sensitivity towards detection of antibody, anti-CT. Finally, an efficient bioelectrocatalytic reduction of oxygen is reported using pyrene functionalized CNT forest as a bio-cathode for bio-fuel cell applications. (author)
Abstract (French)
Les avancees dans le domaine de l'analyse medicale et environnementale exigent des methodes sensibles et precises pour la detection de molecules organiques nocives. Les travaux de recherche de cette these presentent un nouveau systeme d'affinite pour l'immobilisation de biorecepteurs, de nouvelles strategies d'amplification du signal et de nouveaux nanomateriaux a base de modeles bio-inspires afin d'ameliorer les performances des biocapteurs ou des biopiles. Dans une premiere partie, un nouveau systeme d'affinite supramoleculaire entre la biotine et la beta-cyclodextrine a ete etudie et a permis de determiner une constante d'association de 3 x 102 L.mol-1. Ce systeme permet l'immobilisation d'une grande variete de biorecepteurs commerciaux marques avec une biotine sur des surfaces electrogenerees pour l'elaboration de biocapteurs. Au-NPs modifies par des beta-CD a ete utilise avec succes pour 'optical antenna' pour l'amplification additionnelle du signal SPRi utilisant des marqueurs QD. La combinaison de ses nano-objets permet la construction d'immunocapteurs ou de capteurs a ADN tres sensible. Dans une deuxieme partie, differentes varietes de nanomateriaux tels que les nanodiamants, les nanoparticules magnetiques, les nanotubes de carbone (CNT) et graphene ont ete utilise pour modifier la surface des transducteurs suivies par leur fonctionnalisation non-covalentes par des derives pyrene. Le nouveau depot de nanotubes 'layer-by-layer' et les differentes tailles de nanoparticules avec des porosite variable presentent une approche flexible pour la construction de capteurs enzymatiques et d'immunocapteurs. Le graphene est un materiel d'epaisseur atomique qui double la sensibilite SPR pour la detection d'anticorps et d'antigene. Enfin, une reduction bioelectrocatalytique efficace de l'oxygene est reporte en utilisant des CNT fonctionnalises par les pyrenes pour une application comme biocathode dans les biopiles. (auteur)
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Additional titles
- Original title (English)
- Bioarchitectures nanostructurees pour applications aux biocapteurs electrochimiques et optiques: conception d'une biocathode pour biopiles a combustibles
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 162 p.
- Report number
- FRNC-TH--15013
INIS
- Country of Publication
- France
- Country of Input or Organization
- France
- INIS RN
- 54115716
- Subject category
- S77: NANOSCIENCE AND NANOTECHNOLOGY;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- AMPEROMETRY; ANTIBODIES; BIOCHEMICAL FUEL CELLS; BIOTIN; CARBON NANOTUBES; CATHODES; DEXTRIN; DIAMONDS; DNA HYBRIDIZATION; GRAPHENE; NANOMATERIALS; PLASMONS; PYRENE; PYRROLES; SENSORS; TOXINS; TRANSDUCERS
- Descriptors DEC
- ANTIGENS; AROMATICS; AZOLES; BIOTECHNOLOGY; CARBOHYDRATES; CARBON; CARBOXYLIC ACIDS; CHEMICAL ANALYSIS; DIRECT ENERGY CONVERTERS; ELECTROCHEMICAL CELLS; ELECTRODES; ELEMENTS; FUEL CELLS; GENETIC ENGINEERING; HAZARDOUS MATERIALS; HETEROCYCLIC ACIDS; HETEROCYCLIC COMPOUNDS; HYBRIDIZATION; HYDROCARBONS; IMIDAZOLES; MATERIALS; MINERALS; NANOSTRUCTURES; NANOTUBES; NONMETALS; NUCLEIC ACID HYBRIDIZATION; ORGANIC ACIDS; ORGANIC COMPOUNDS; ORGANIC NITROGEN COMPOUNDS; ORGANIC SULFUR COMPOUNDS; POLYCYCLIC AROMATIC HYDROCARBONS; POLYSACCHARIDES; QUANTITATIVE CHEMICAL ANALYSIS; QUASI PARTICLES; SACCHARIDES; TITRATION; TOXIC MATERIALS; VITAMIN B GROUP; VITAMINS; VOLUMETRIC ANALYSIS
Optional Information
- Notes
- 316 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses