Pour mieux comprendre les éléments du métabolisme impliqués dans la détectionélectrochimique de bactéries et dans les biopiles bactériennes, le comportementélectrochimique de différentes souches de bactéries de type E. coli a été analysé. Lesbactéries ont été incubées dans un milieu de culture en présence de différents substrats,dans une cellule électrochimique à 3 électrodes où l’électrode de travail (ITO) agit en tantqu’accepteur d’électrons. En utilisant la voltampérométrie cyclique et lachronoampérométrie, l’accès aux caractéristiques électrochimiques des médiateurs redoxissus du métabolisme bactérien a ainsi pu être réalisé. Dans le cas des bactéries de typeE.coli XL1-Blue incubées en présence de sources différentes de carbone, telles que leglucose, le succinate ou l’acétate, il a été montré que les bactéries produisent un médiateurredox naturel, quelle que soit la source de carbone. Un courant électrique plus importantest obtenu dans le cas où un médiateur redox (PQQ or riboflavine) est ajouté dans lemilieu. Dans le cas des bactéries de type E.coli K12 et de ses souches mutantes ΔmenC etΔubiC incubées en présence de glucose ou de succinate, il a été trouvé que la soucheΔubiC produit un courant électrique plus élevé que E.coli K12 et ΔmenC. Il sembleraitainsi que la souche ΔubiC présente une activité électrochimique faisant intervenir un gènede régulation de la voie de synthèse de la ménaquinone. / To further understand the metabolism parameters involved in the electrochemicaldetection of bacteria and microbial fuel cell applications, the electrochemical behavior ofdifferent E. coli strains was analyzed. The bacteria were incubated in anaerobic conditionin a culture medium containing different substrates in a three-electrode electrochemicalcell where ITO working electrode serves as an electron acceptor. Using cyclic voltammetryand chronoamperometry, the electrochemical characteristics of excreted redox compoundsissued from bacterial metabolism have been assessed. In the case of E. coli XL1-Blue inpresence of different carbon sources such as glucose, succinate or acetate, the resultsshowed that a natural redox compound is produced whatever the carbon source. A higherelectrical current is obtained in the case of the addition of artificial mediators (PQQ orriboflavine) in the medium. In the case of E. coli K12 and its mutants ΔmenC and ΔubiCincubated in medium containing glucose or succinate, it is found that ΔubiC produced ahigher current compared to E.coli K12 and its mutants ΔmenC. It has been proposed thatΔubiC exhibits its electrochemical activity through the gene regulation of menaquinonesynthesis pathway.

Ce mémoire traite la conception, la microfabrication et la caractérisation d’une matrice de microélectrodes dans une architecture microfluidique pour l’analyse par imagerie électrochimique des substances biochimique. Un nouveau procédé de microfabrication des moules des canaux microfluidiques a été développé en utilisant un procédé de photolithographie d’une résine photosensible sèche et solide. Le microcanal est fabriqué à partir de 2 substrats collés par plasma avec une matrice de 200 microélectrodes (ME). Les dimensions de chaque électrode sont de 340 μm x 340 μm fabriqués sur un circuit imprimé (PCB : printed circuit bord). La surface des électrodes a été modifiée par électrodéposition du nickel et de l’Au pour améliorer les courbes cyclo voltamétriques. Une caractérisation électro-analytique du micro-dispositif est réalisée par voltamétrie cyclique en écoulement laminaire. Le nouveau dispositif proposé nous a permis d’obtenir des images électrochimiques en pixélisant le microcanal avec la MME. Cette pixellisation du microcanal est une cartographie de l’intensité du courant et donc de la concentration des molécules dans le microcanal. Des simulations numériques 2D de la vitesse, pression ainsi que de la diffusion chimique ont été réalisées en utilisant un logiciel de modélisation par éléments finis (COMSOL). Des images microscopiques ont été aussi analysées afin de localiser la distribution des molécules à l’intérieur du canal microfluidique. Mots Clés : Microélectrodes, microfluidique, laboratoire sur puce, analyse électrochimique, circuit imprimé, oxydoréduction. / In this project we present a complete microfluidic platform with integrated 200 electrodes for in situ screening and imaging of biochemical samples through a lab-on-chip system. We incorporated electrochemical sensor arrays (20x10) connected to a PCB into a 200 μm tall microfluidic channel. The micro-channel contains three inlets, two of which where used to introduce phosphate buffer saline (PBS), which confined a central stream of ferrocynide solution. A custom multiplexer and potentiostat were used to sequentially perform cyclic voltammetry on each electrode. The behaviour of the system was linear in term of variation of current versus concentration. A pseudo real-time interface collected currents from each electrode. It was then analyzed to detect different species and their concentrations at different locations on-chip. An electrochemical image was generated presenting the concentration distribution inside the microfluidic device. A numerical calculation with COMSOL was achieved to solve Navier-Stocks equation to confirm experimental results, finally microscopic image analyzed to show the position of the confined flow. Key words : Microelectrodes, microfluidics, lab-on-a-chip, electrochemical analysis, printed circuit board, redox reaction.

The present thesis work is dedicated to the implementation of novel electrochemical methods for the assay of drug compounds such as paracetamol and ascorbic acid and biologically relevant biothiols such as cysteine and glutathione. Particular attention has been paid to the development and application of amperometric detectors allowing for a readily surface renewing and for highly selective and sensitive assays.<p>Coupling of a screen printed electrochemical detector with a monolithic chromatographic column was performed for high-throughput analysis along with selectivity, sensitivity and good precision. The modification of a glassy carbon electrode with a perm-selective membrane was investigated in order to provide an electrochemical sensor for on-site analysis. Acetaminophen was investigated as a model drug compound because of its extensive use in drug “pain killer” medication.<p>Along with the aims of this thesis, a silver polycrystalline electrode was investigated as a sensitive and class selective electrode for the assay of small thiol-based molecules. The silver electrode was implemented for the first time as an amperometric detector coupled to liquid chromatography for the assay of thiols. Application to the study of thiol species present in white wines was realized in order to illustrate the potential of the silver working electrode as amperometric detector. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished