While the terms reduce, reuse, and recycle are common concepts in minimizing resource waste, most people do not think twice about energy as a resource or the large amounts of wasted energy in wastewater treatment and industrial processes. Recovery of wasted energy or reducing the net energy consumption of such processes would save resources and reduce energy costs. This research investigated emerging energy systems for handling wastewater (bioelectrochemical systems) and waste heat (ion exchange membrane systems) to elucidate and quantify thermodynamic and kinetic phenomena in biological and electrochemical reactions. Bioelectrochemical systems utilize exoelectrogenic microorganisms for wastewater treatment energy recovery in the form of electricity or biogas. The substrate utilization and electron transfer by exoelectrogens to the bioanode have not been clearly explained and thus there are no commonly accepted models for bioanode performance. A comprehensive model for bioanode operation was proposed including equilibrium, kinetics, and microbiological characteristics. The utilization and preference of different organic substrates were also assessed with electrochemical techniques and it was found that linear sweep voltammetry and exchange current are good indicators of whether a substrate is directly or indirectly utilized by exoelectrogenic microorganisms. This research also investigated ion exchange membrane systems for energy recovery from waste-grade heat, such as that wasted in the steel refinery and power industries, using concentration gradients of ammonium bicarbonate solutions. Estimation of the junction potential (amount of concentration gradient energy) has significant technical difficulties for highly concentrated ammonium bicarbonate solutions (e.g., unknowns in equilibrium speciation and activity coefficient determination). A straightforward estimation method was proposed and found to be able to reliably determine the junction potential across an ion exchange membrane based on conductivity measurement, simplifying the model for junction potential determination. / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD)

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La possibilité de convertir l’activité catalytique d’une oxydoréductase en un courant électrique a permis le développement d’une grande diversité d’électrodes enzymatiques. Les anodes catalysant l’oxydation du glucose font partie des plus étudiées pour leurs applications dans la mesure de la glycémie ou dans des biopiles glucose/O2. Parmi les nombreuses stratégies disponibles, l’utilisation d’hydrogels à base de complexes d’osmium en guise de médiateurs rédox fournit d’excellents résultats, qui restent cependant limités en terme de densité de courant ou de sélectivité. Durant cette thèse, la glucose oxydase (GOx) a été déglycosylée. Les électrodes préparées avec la nouvelle enzyme délivraient des courants catalytiques plus élevés, ce qui laissait supposer initialement une diminution de la distance de saut d’électron entre la GOx et le médiateur rédox suite au retrait des oligosaccharides. Une étude avec des électrodes de différentes compositions suggère au contraire que la déglycosylation n’améliore pas le transfert électronique intrinsèque mais la structure globale de l’hydrogel. De fait, une enzyme plus petite et plus négativement chargée doit induire un volume d’hydrogel plus faible pour une même composition molaire. En second lieu, une réduction parasite de l’oxygène affectant ces anodes, non envisagée jusqu’à aujourd’hui, a été mise en évidence et étudiée. En effet, l’interférence de l’O2 n’est usuellement attribuée qu’à sa réactivité avec la GOx. La présente étude prouve que l’O2 se réduit aussi sur les complexes d’osmium si leur potentiel standard E°’ est inférieur à + 0,07 V vs. Ag/AgCl. La cinétique de cette réaction croît exponentiellement quand le E°’ du complexe diminue. En plus d’abaisser le courant d’oxydation et donc les performances de l’anode, la génération de peroxyde d’hydrogène pourrait aussi altérer sa stabilité. Ces résultats suggèrent que le choix d’un médiateur de E°’ donné doit aussi dépendre de l’amplitude de cette réduction. / The possibility of converting the catalytic activity of oxidoreductase enzymes into electric current has led to the development of a high diversity of enzyme electrodes. Anodes catalysing glucose oxidation have been amongst the most studied, especially for their application in monitoring blood glucose or glucose/O2 biofuel cells. Although one of the numerous strategies available, the use of osmium-based hydrogels as redox mediators, has given excellent results, some limitations still remain such as rather low current densities, stability or selectivity Initially, the study focused on the deglycosylation of glucose oxidase (GOx). When most of the oligosaccharides around this glycoenzyme were removed, the ensuing increase in the electrode catalytic current seemed a priori to support the hypothesis of a decrease in the electron hopping distance between the enzyme redox centres and the redox mediator. However, a systematic study of electrode response for different compositions leads us to conclude that deglycosylation does not improve the intrinsic electron transfer but the whole hydrogel structure. This seems due to the smaller size and higher surface charge of the deglycosylated GOx inducing smaller hydrogel volumes than in the native-based GOx. The study then proceeded to examine the oxygen side reduction of commonly used osmium-based redox polymers. The interference of O2 on glucose oxidation current has generally been attributed to O2 reactivity with GOx. The present study shows that O2 reduction also occurs on osmium-based polymers if their formal potential E°’ is below + 0.07 V vs. Ag/AgCl. The kinetics of this reaction appears to increase exponentially when E°’ decreases. As well as reducing the oxidation current and, consequently, lowering anode performances, the generation of hydrogen peroxide could also modify electrode stability. These results suggest that the choice of redox mediator for a given E°'must also take into account the extent of O2 reduction.

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Groundwater (GW) accounting for most of the freshwater available around the World, finding sustainable techniques to depollute it is of crucial importance for safe drinking water supply. The extensive use of fertilizers in the agriculture, as well as other anthropogenic activities, are contributing to the excessive nitrate levels in some aquifers. These levels need to be reduced to obtain potable water. Bioelectrochemical systems (BES), using microorganisms to catalyze a desired electrochemical reaction, recently proved to be a very promising technology for water remediation. Groundwater denitrification using Microbial Electrolysis Cell (MEC) needs to be improved for further scaled-up on-site system. The advantages conferred by fluidized bed reactor (FBR), as well as the outstanding electrochemical properties of reduced graphene oxide (rGO), are two potential enhancements of such bioelectrochemical denitrification system that were investigated in this thesis. Some essential parameters could be determined during the preliminary steps' experiments. The fluidization trials gave us a clear insight that Coconut-based Activated Carbon (CAC) particles were resistant carrier particles, nicely fluidized within a 39.27cm3 circular cathodic chamber for a flow rate ranging between 450ml/min to 590ml/min. For the same flow rate of 500ml/min, we could obtain CAC particles fluidization for the upstream fluidized configuration, and still bed particles for the fixed bed downstream configuration, which would be very useful for later unbiased comparison. The denitrifying bacteria showed during their enrichment, a nitrate removal rate of up to 1.986ppm NO3-N/h in serum bottles, with an average of 0.38ppm NO2-N/h accumulation. The parallel running of fixed bed versus fluidized bed denitrifying reactor in order to compare their denitrification performances, was planned, but could not be performed due to COVID-19. The graphene oxide (GO) batch experiments showed a good biocompatibility between GO/rGO and our autotrophic denitrifying bacteria. A change of morphology within about 20 hours was observed, probably suggesting the reduction of GO to rGO by the bacteria. During a first test, the presence of GO led to a 2.7 folds less efficient denitrification performance as compared with the GO/rGO-free condition, likely due to the competition between nitrate and GO for being reduced. However, the denitrification rate in presence of GO/rGO increased up to 1.873ppm NO3-N/h after the second pulse of groundwater and flush with H2/CO2 gas, which is almost 2.3 folds higher than initially in the same condition. This suggests that GO needs some time to get fully reduced to rGO, and the denitrification rate might reach the same or higher levels as in the GO/rGO-free conditions, when GO is fully reduced. Improved denitrification would indicate that rGO facilitates the electron transfer between bacteria and nitrate, as it can be expected from its electrochemical properties previously studied. This would be worth being investigated in the scope of a longer experience. / Grundvatten (GW) som står för det mesta av det sötvatten som finns tillgängligt runt om i världen och att hitta hållbara tekniker för att förorena det är av avgörande betydelse för en trygg dricksvattenförsörjning. Den omfattande användningen av gödselmedel i jordbruket, liksom andra antropogena aktiviteter, bidrar till de överdrivna nitratnivåerna i vissa vattenfiskare. Dessa nivåer måste sänkas för att erhålla dricksvatten. Bioelektrokemiska system (BES), med användning av mikroorganismer för att katalysera en önskad elektrokemisk reaktion, visade sig nyligen vara en mycket lovande teknik för sanering av vatten. Grundvatten denitrifikation med hjälp av Microbial Electrolysis Cell (MEC) måste förbättras för att ytterligare skala upp systemet på plats. Fördelarna med fluidiserad bäddreaktor (FBR) såväl som de enastående elektrokemiska egenskaperna hos reducerad grafenoxid (rGO) är två potentiella förbättringar av ett sådant bioelektrokemiskt denitrifikationssystem som undersöktes i denna avhandling. Vissa väsentliga parametrar kan bestämmas under de preliminära stegens experiment. Fluidiseringsstudierna gav oss en klar insikt om att kokosnötbaserade aktiverade kolpartiklar (CAC) -partiklar var resistenta bärarpartiklar, trevligt fluidiserade i en cirkulär katodisk kammare på 39,27 cm3 för en flödeshastighet mellan 450ml/min till 590ml/min. För samma flödeshastighet på 500ml/min kunde vi få CAC-partikelfluidisering för uppströms fluidiserad konfiguration och stillbäddspartiklar för den fixerade bädden nedströms konfiguration, vilket skulle vara mycket användbart för senare opartisk jämförelse. De denriffriserande bakterierna visade under deras anrikning en nitratborttagningshastighet av upp till 1,986 ppm NO3-N/h i serumflaskor, med ett genomsnitt på 0,38 ppm NO2-N / h ackumulering. Den parallella körningen av denitrifierande reaktorn med fast bädd kontra fluidiserad bädd för att jämföra deras denitrifikationsprestanda planerades, men kunde inte utföras på grund av COVID-19. Diagramexperimenten av grafenoxid (GO) visade en god biokompatibilitet mellan GO/rGO och våra autotrofiska denitrifierande bakterier. En förändring av morfologin inom cirka 20 timmar observerades, vilket antagligen antydde att bakterierna minskade GO till rGO. Under ett första test ledde närvaron av GO till 2,7 gånger mindre effektiv denitrifikationsprestanda jämfört med GO/rGO-fritt tillstånd, troligtvis på grund av konkurrensen mellan nitrat och GO för att ha minskat. Denitrifikationsgraden i närvaro av GO/rGO ökade emellertid upp till 1,873 ppm NO3-N/h efter den andra grundvattenspulsen och spolades med H2/CO2-gas, vilket är nästan 2,3 gånger högre än ursprungligen i samma tillstånd. Detta antyder att GO behöver lite tid för att helt reduceras till rGO, och denitrifikationsgraden kan nå samma eller högre nivåer som i GO/rGO-fria förhållanden, när GO är helt reducerad. Förbättrad denitrifikation skulle indikera att rGO underlättar elektronöverföring mellan bakterier och nitrat, som det kan förväntas av dess elektrokemiska egenskaper som tidigare studerats. Detta skulle vara värt att undersökas inom ramen för en längre upplevelse.

L'hydrogène, qui constitue une solution alternative et durable à l’usage d’énergies fossiles, est produit essentiellement par reformage de combustibles fossiles (95%). Des filières de production plus soucieuses de l'environnement sont envisagées. Deux familles de technologies sont explorées: 1) par décomposition thermochimique ou électrochimique de l'eau et 2) à partir de différentes sources de biomasse. Parmi celles-ci, les cellules d'électrolyse microbienne ou «Microbial electrolysis cell (MEC)» permettent de produire de l'hydrogène par électrolyse de la matière organique. Une MEC consiste en une cathode classique qui assure la production d'hydrogène par la réduction électrochimique de l'eau, associée à une bioanode qui oxyde des substrats organiques en dioxyde de carbone. Ce processus d'oxydation n'est possible que grâce au développement sur l'anode d'un biofilm microbien électroactif qui joue le rôle d'électro-catalyseur. Par rapport aux procédés courants d'électrolyse de l'eau, une MEC requière un apport énergétique 5 à 10 fois plus faibles. En outre, les procédés « classiques » de production de bio-hydrogène par voie fermentaire en cultures mixtes convertissent des sucres avec des rendements limités à 2-3 moles d'hydrogène par mole d'hexose tout en coproduisant des acides organiques. Alimenté par de l'acétate, une MEC produit au maximum 3 moles d'hydrogène/mole d'acétate. Le couplage de la fermentation à un procédé d'électrolyse microbienne pourrait donc produire de 8 à 9 moles d'hydrogène/mole d'hexose, soit un grand pas vers la limite théorique de 12 moles d'hydrogène/mole d'hexose. L'objectif de cette thèse est d'analyser les liens entre la structure des communautés microbiennes dans les biofilms électroactifs et en fermentation, les individus qui les composent et les fonctions macroscopiques (électroactivité du biofilm, production d'hydrogène) qui leur sont associées dans des conditions permettant de réaliser le couplage des deux procédés. L'originalité de cette étude a été de travailler en milieu salin (30-35 gNaCl/L), favorable au transport de charges dans l'électrolyte de la MEC. Dans un premier temps, la faisabilité de la fermentation en conditions salines (3-75 gNaCl/L) a été démontrée en lien avec l'inhibition de la consommation de l'hydrogène produit et une forte prédominance d'une nouvelle souche de Vibrionaceae à des concentrations en sel supérieures à 58 gNaCl/L. D'autre part, la mise en œuvre de biofilms électroactifs dans des conditions compatibles avec la fermentation sombre a permis la sélection d'espèces dominantes dans les biofilms anodiques et présentant des propriétés électroactives très prometteuses (Geoalkalibacter subterraneus et Desulfuromonas acetoxidans) jusqu'à 8,5 A/m². En parallèle, la sélection microbienne opérée lors d'une méthode d'enrichissement utilisée pour sélectionner ces espèces à partir d'une source d'inoculum naturelle sur leur capacité à transférer leurs électrons à des oxydes de Fer(III) a été étudiée. Une baisse des performances électroactives du biofilm liée à une divergence de sélection microbienne dans ces deux techniques de sélection mène à limiter le nombre de cycle d'enrichissement sur Fer(III). Cependant, l'enrichissement sur Fer(III) reste une alternative efficace de pré-selection d'espèces électroactives qui permet une augmentation de rendement faradique de 30±4% à 99±8% par rapport au biofilm obtenu avec un inoculum non pré-acclimaté. Enfin, l'ajout d'espèces exogènes issues de la fermentation sombre sur le biofilm électroactif a révélé une baisse de l'électroactivité du biofilm se traduisant par une diminution de la densité de courant maximale produite. Cette baisse pourrait s'expliquer par à une diminution de la vitesse de transfert du substrat due à un épaississement apparent du biofilm. Cependant, un maintien de sa composition microbienne et de la quantité de biomasse laisse supposer une production d'exopolymères (EPS) dans le biofilm en situation de couplage. / Nowadays, alternative and sustainable solutions are proposed to avoid the use of fossil fuel. Hydrogen, which constitutes a promising energy vector, is essentially produced by fossil fuel reforming (95%). Environmentally friendly production systems have to be studied. Two main families of technologies are explored to produce hydrogen: 1) by thermochemical and electrochemical decomposition of water and 2) from different biomass sources. Among those last ones, microbial electrolysis cells (MEC) allow to produce hydrogen by electrolysis of organic matter. A MEC consists in a classical cathode, which provides hydrogen production by electrochemical reduction of water, associated to a bio-anode that oxidizes organic substrates into carbon dioxide. This process is only possible because of the anodic development of an electroactive microbial biofilm which constitutes an electrocatalyst. In comparison to classical water electrolysis process, a MEC requires 5 to 10 times less electrical energy and therefore reduces the energetic cost of produced hydrogen. Furthermore, classical process of dark fermentation in mixed cultures converts sugars (saccharose, glucose) to hydrogen with a limited yield of 2-3 moles of hydrogen per mole of hexose because of the coproduction of organic acids (mainly acetic and butyric acids). Fed with acetate, a MEC can produce up-to 3 moles of hydrogen per mole of acetate. Therefore, the association of these two processes could permit to produce 8 to 9 moles of hydrogen per mole of hexose, which represents a major step toward the theoretical limit of 12 moles of hydrogen per mole of hexose.Therefore, this work aims at analyzing the relationship between microbial community structures and compositions and the associated macroscopic functions (biofilm electroactive properties, hydrogen production potential) in electroactive biofilms and in dark fermentation in conditions allowing the coupling of the two processes. The originality of this study is to work in saline conditions (30-35 gNaCl/L), which favors the charges transfer in the MEC electrolyte.First of all, feasibility of dark fermentation in saline conditions (3-75 gNaCl/L) has been shown. This was linked to an inhibition of produced hydrogen consumption and the predominance of a new Vibrionaceae species at salt concentrations higher than 58 gNaCl/L. Secondly, electroactive biofilm growth in conditions compatibles to dark fermentation (pH 5.5-7 and fed with different organic acids) allowed to select dominant microbial species in anodic biofilms that present promising electroactive properties (Geoalkalibacter subterraneus and Desulfuromonas acetoxidans) with maximum current densities up to 8.5 A/m². In parallel, the microbial selection occurring during iron-reducing enrichment method used to select species from a natural inoculum source and based on their capacity to transfer electrons to iron oxydes (Fe(III)) has been studied. A decrease of electroactive performances of the biofilm linked to the divergence of microbial selection led to a limitation of the number of iron-enrichment steps. However, enrichment on Fe(III) presents an efficient alternative to pre-select electroactive species with an increase of coulombic efficiency from 30±4% to 99±8% in comparison with a biofilm obtained with a non-acclimated inoculum. Finally, the addition of exogenous bacteria from a dark fermenter on the electroactive biofilm revealed a decrease of electroactivity with a decrease of maximum current density produced. This diminution could be explained by a lower substrate transfer due to an apparent thickening of the biofilm. Nevertheless, the stability of microbial composition and of bacterial quantity on the anode suggests that a production of exopolymers (EPS) occurred.

Esta tesis doctoral se centra en el aprovechamiento de varias metodologías basadas en técnicas electroquímicas y analíticas para la detección del estrés oxidativo en medios complejos biológicos, en partículas, proteínas y medios complejos biológicos. 1. Modificación covalente de aminoácidos en proteínas redox y no redox por métodos electroquímicos, químicos o mediante irradiación ultrasónica, y estudios de cinética de la transferencia electrónica sobre electrodos serigrafiados de carbón. 2. Estudios metabolómicos de medios de cultivo celular complejos y desarrollo de sensores y biosensores para la identificación, determinación y detección de biomarcadores relacionados con el metabolismo celular y el estrés oxidativo.

This two-part thesis focuses on biointerfaces of two different biological systems. It specifically examines the interplay of structure and functionality in these biointerfaces. Part one studies photo-bio-electrochemically active bacteria and the strong dependence of their electrical current generation on electrode structure and pigment organisation. Part two uncovers surprising design principles of photonic structures on flower petals and presents research tools to study disordered optical systems. Biophotovoltaics (BPV) is a newly described biophysical effect in which a biofilm of photosynthetic microorganisms associated with an anode produces electrical current that can be harvested and passed through an external circuit. In this thesis-part, an experimental set-up is presented to quantitatively measure photo-electric activity of cyanobacteria in BPVs. Using this set-up, a systematic study of anode morphologies reveals that large electrode surface areas enhance photocurrents by two orders of magnitude, identifying structuration as key design criterion for bioelectrochemical interfaces. Electrodes with micrometer-sized pores allow enhanced direct contact area with bacteria, but with tested cyanobacteria this did not result in a photocurrent increase, disproving recent speculations in the literature. Furthermore, a theoretic-mathematical framework is presented to estimate light-energy utilisation in biofilms. It is detailed how pigment concentration and distribution affects the light-level dependent saturation of electron harvesting biofilms. This study brings the theory together with experiments, such as genetic modification and photo-current measurements. Part two of this thesis approaches the interaction of light and biointerface structuration from a different angle. In a significant extension of the candidate’s MPhil project, it was discovered that the disorder in natural photonic structures can be an advantage rather than a limitation in biology. With biological image analysis, optics simulations and nano-manufacturing a new photonic effect is uncovered which is iridescent but surprisingly constant in chroma. In collaboration with plant scientists, it is shown that many flowers have co-evolved disordered surface structuration that generates this bee visible colouration.

Understanding the factors influencing the ET characteristics of redox proteins confined at an electrochemical interface is of fundamental importance from both pure (fundamental science) and applied (biosensory) perspectives. This thesis reports on progress made in the emerging field of coupled electrochemical characterization and optical imaging in moving the analysis of redox-active films to molecular scales. More specifically the combination of cyclic voltammetry and wide-field Total Internal Reflection (TIRF) microscopy, here named ‘Fluorescent Cyclic Voltammetry’ (FCV), was applied to monitoring the response of surface-confined redox active proteins at submonolayer concentrations. The combined submicrometre spatial resolution and photon capture efficiency of an inverted TIRF configuration enabled the redox reactions of localized populations of proteins to be directly imaged at scales down to a few hundreds of molecules. This represents a 6-9 orders of magnitude enhancement in sensitivity with respect to classical current signals observed in bioelectrochemical analysis. Importantly, measurements of redox potentials at this scale could be achieved from both natural and artificially designed bioelectrochemical fluorescent switches and shed fundamental light on the thermodynamic and kinetic dispersion within a population of surface confined metalloproteins. The first three chapters of this thesis provide an overview of the relevant literature and a theoretical background to both the rapidly expanding fields of electroactive monolayers bioelectrochemistry and TIRF imaging. The initial design and construction of a robust electrochemically and optically addressable fluorescent switch, crucial to the applicability of FCV is reported in chapter 5. The generation of optically transparent, and chemically modifiable electrode surfaces suitable for FCV are also described. Chapter 6 describes the response of the surface confined azurin-based switch. Analysis of the spatially-resolved redox reaction of zeptomole samples in various conditions enables the mapping of thermodynamic dispersion across the sampled areas. In chapter 7 the newly developed FCV detection method was extended to investigate more complex bioelectrochemical systems containing multiple electron transferring redox centres and responding optically at different wavelengths. This approach provides a platform for spectral resolution of different electrochemical processes on the same sample. Finally in chapter 8 an electrochemical procedure is proposed for investigating the kinetic response of redox proteins using a fundamentally new methodology based on interfacial capacitance. In using variations in the surface chemistry to tune the rate of electron transfer, the approach was shown to be a robust and facile means of characterising redox active films in considerably more detail than possible through standard electrochemical methodologies. Ultimately, it can be applied to probe dispersion within protein populations and represents a powerful means of analysing molecular films more generally.

Ce travail s’inscrit dans le cadre de la recherche relative au développement de biosenseurs à ADN électrochimiques. Des aspects fondamentaux, ainsi que des aspects d’application de la détection d’hybridation d’ADN sont envisagés.<p>Dans un premier temps, le comportement interfacial et le processus d’hybridation d’oligonucléotides d’ADN linéaires et ADN hairpin (structure en épingle à cheveux) nonmarqués sont étudiés en formant des monocouches auto-assemblées mixtes de monobrins d’ADN (ssADN) thiolés et d’un hydroxyalcanethiol (4-mercaptobutan-1-ol) par coadsorption spontanée sur des électrodes d’or polycristallin. L’immobilisation de monocouches mixtes ssADN/MCB est caractérisée par voie électrochimique et par spectroscopie des photoélectrons X. Des mesures de chronocoulométrie, en présence de [Ru(NH3)6]3+ (RuHex), permettent de déterminer la quantité d’ADN dans la monocouche mixte formée. Les résultats montrent que l’excès superficiel d’ADN linéaire est plus important que l’excès superficiel d’ADN hairpin sous des conditions de formation identiques.<p>La réaction de reconnaissance moléculaire d’hybridation est détectée par des mesures d’impédance en présence de [Fe(CN)6]3-/4-. L’hybridation se traduit dans le cas de l’ADN linéaire par une augmentation de la résistance au transfert d’électron Rct tandis que dans le cas de l’ADN hairpin, Rct diminue. Ces différences sont dues au plus faible recouvrement et au changement de conformation des molécules d’ADN hairpin lors de l’hybridation. Des mesures de réflectivité de neutrons nous ont permis de mettre en évidence l’augmentation de l’épaisseur du film d’ADN hairpin et de confirmer le changement conformationel ces sondes lors de la reconnaissance moléculaire.<p>Dans la seconde partie, nous présentons une nouvelle méthode électrochimique de détection d’hybridation, basée sur les interactions électrostatiques entre le complexe cationique RuHex et les groupements phosphates de l’ADN. Afin d’améliorer la détection des molécules de PNA (peptide nucleic acid) ont été immobilisées comme sondes de reconnaissance moléculaire. Après hybridation des sondes PNA avec le brin complémentaire, RuHex s’adsorbe sur l’ADN hybridé et un signal de réduction de ces complexes redox, enregistré par voltampérométrie alternative, constitue une signature claire de l’hybridation d’ADN à l’interface modifiée. Les interactions RuHex/PNA-ADN ont été étudiées. La constante d’adsorption de RuHex sur l’électrode modifiée PNA/MCB après hybridation est évaluée à 2,9 (±0,3) 105 M-1 en milieu Tris-HCl 0,01M, selon une isotherme de Langmuir.<p>Les performances analytiques de la méthode de détection (sensibilité, sélectivité et reproductibilité) ont été évaluées et optimisées pour la détection des séquences d’ADN du gène de l’ARNr 23S d’Helicobacter pylori. La méthode de détection électrochimique présentée est assez sélective pour permettre de discriminer les mutations ponctuelles A2143G et A2144C de la séquence de type sauvage. La diminution significative des signaux d’admittance enregistrés en présence des séquences mutées est attribuée à la capacité accrue de discrimination de mutations ponctuelles des molécules PNA.<p>La réponse de détection est linéaire en fonction du logarithme de la concentration de la cible d’ADN sur plus de quatre ordres de grandeur (10-6 M à 10-10 M). La limite de détection de l’oligonucléotide d’ADN complémentaire de 80 pM est très bonne. La méthode a été appliquée avec succès à la détection de fragments PCR complémentaires de 100 et 400 paires de bases, amplifiés à partir de souches SS1 d’H.pylori. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished