Ce travail concerne l'étude de la dégradation enzymatique de micropolluants pharmaceutiques récalcitrants présents dans l'eau. Tout d’abord, les efficacités de trois laccases différentes issues respectivement de : Pycnoporus sanguineus CS43, Trametes versicolor (Tv) et Myceliophtora thermophila ont été comparés lors d’essais de dépollution de solutions modèles renfermant trois antibiotiques (amoxicilline, ciprofloxacine et sulfaméthoxazole) et un antiépileptique (carbamazépine). Les essais ont été réalisés avec les laccases libres en présence ou non de médiateurs redox. L'impact de plusieurs paramètres opératoires sur les performances des enzymes a également été étudié. Puis, une nouvelle méthode d’immobilisation des laccases impliquant l’activation du support (microparticules à base de silice commerciales) par du glutaraldéhyde en phase vapeur a été mise au point et optimisée en utilisant la méthodologie de plans d’expériences. Après immobilisation, la laccase Tv s’est avérée être la plus active. Des essais de dégradation en présence de médiateurs redox ont confirmé l’efficacité de l’enzyme immobilisée et sa possible réutilisation lors de cycles successifs. La toxicité des solutions après traitement a été évaluée par des tests Microtox®. La laccase Tv a également été immobilisée sur des nanoparticules non commerciales à base de silice ou d’argile ainsi que sur des composites à base de silice et d’argile. La laccase Tv immobilisée sur les supports composites riches en silice a montré une plus grande réactivité et de meilleures performances pour l'élimination des composés cibles. / This work is focused on the study of the enzymatic depletion of recalcitrant pharmaceutical micropollutants in water. The potential degradation of three antibiotics (amoxicillin, ciprofloxacin and sulfamethoxazole) and one anti-epileptic (carbamazepine) was studied with three laccases: Pycnoporus sanguineus CS43, Trametes versicolor (Tv) and Myceliophtora thermophila. Free laccase systems were evaluated for pharmaceuticals depletion on model solutions in the presence or absence of redox mediators and the impact of several parameters on the performance of laccases for degradation were studied. The enzymes were then immobilized on different solid supports: commercial silica, laboratory synthetized nano-silica and clay based composite nanomaterials and used for degradation tests. A novel methodology for the covalent binding of laccases onto carriers was developed by using glutaraldehyde in vapour phase and the best immobilization conditions were determined through a 23 full factorial design. The immobilized Tv shown the highest activity and was tested in presence of redox mediators. Moreover, the reusability was evaluated in several degradation cycles and the toxicity of the solutions after treatment was assessed with the Microtox® test. In comparison to laccase immobilized on commercial silica, the Tv supported on laboratory synthetized materials showed higher activity and a better performance for the removal of target compounds.

L'étude de protéines ciblées comme des biomarqueurs dans des matrices biologiques est un réel défi pour le diagnostic médical. De nos jours, la technique de choix est la chromatographie en phase liquide couplée à la spectrométrie de masse. Cependant, l'analyse d'une protéine induit une étape de traitement d'échantillon afin de purifier au mieux la matrice biologique. En vue d'une automatisation totale de l'analyse, une étape d'extraction sélective a été couplée à un réacteur enzymatique suivie de l'analyse par CPL-SM. Tout d'abord, différents réacteurs enzymatiques ont été préparés et évalués. Puis, une étape extraction a été développée via un immunoadsorbant (IS). L'IS a ensuite été couplé à l'analyse pour une application à un échantillon de plasma dopé. Enfin, un des défis analytiques actuels est la miniaturisation du système analytique afin d'augmenter la sensibilité. Ainsi, un réacteur enzymatique a été préparé dans en format capillaire. L'efficacité de digestion a été démontrée sur un substrat de faible poids moléculaire. La synthèse d'un IS miniaturisé sera envisagée dans le but d'un couplage avec le réacteur enzymatique et l'analyse par nano-CPL/SM.

La connaissance des poisons est fort ancienne. Si les premières intoxications observées ont eu pour origine la consommation, par ignorance ou par méprise de végétaux vénéneux, il semble que les premiers toxiques utilisés aient servi à empoisonner des flèches destinées à la chasse ou à la guerre. Le terme de toxique dérive d'ailleurs du mot grec "toxon" qui signifie "arc". L'utilisation durant la première Guerre Mondiale du fameux "gaz moutarde", jusqu'aux "Nerve Gases" et aux défoliants confirment que l'humanité s'est toujours préoccupée de trouver des moyens de tuer. De l'exécution de Socrate à la ciguë, à la Reine Catherine de Médicis qui fabriquait elle-même ses poisons dans son cabinet secret de Blois, on peut dire que la toxicologie classique a conduit aux premières études des inhibiteurs enzymatiques. La cinétique d'inhibition produite par une substance se liant réversiblement avec une enzyme fut développée dans une publication originale de MICHAELIS et MENTEN en 1913, mais il fallut attendre un certain nombre d'années avant que ce type d'inhibition fut caractérisé. L'isolement et la purification partielle de la première enzyme l'Uréase en 1926 par SUMMER fut l'étape déterminante pour la suite, car les études de l'inhibition de l'enzyme en solution devenaient alors possible. En 1930 alors que COOK démontrait expérimentalement le mécanisme de l'inhibition compétitive énoncée 17 ans plus tôt par MICHAELIS et MENTEN, à la même époque HALDANE établissait un autre type d'inhibition qu'il nommait "non compétitif ". Depuis SUMMER les études portant sur l'inhibition de l'enzyme en solution ou de suspension de cellules sont considérables et de grands noms restent attachés (WILSON, ALDRIDGE, NACHMANSON, MONOD), C'est sur ces travaux fondamentaux que reposent encore aujourd'hui les bases de l'enzymologie classique.

Les catalyseurs chimiques sont utilisés dans différents procédés de synthèse. Cependant, la pollution qu'ils causent sur l'environnement n’est pas prise en considération. Les procédés de synthèse chimique nécessitent généralement un grand volume de solvants organiques, produisant d’énormes quantités de déchets chimiques, souvent toxiques et non dégradables. Le remplacement des catalyseurs chimiques par des biocatalyseurs (enzymes) pourrait donc bénéficier de leur nature écologique et de leur grande sélectivité envers les produits désirés. Néanmoins, la faible activité et stabilité des enzymes ainsi que leurs coûts élevés sont des obstacles majeurs au développement des systèmes enzymatiques. Par conséquent, des études axées sur le développement de systèmes biocatalytiques plus actifs, stables et rentables, pouvant ouvrir les portes vers un environnement plus vert, sont très souhaitables. Parmi les enzymes qui catalysent des réactions d’importance dans de nombreux procédés de synthèse, le cytochrome P450 BM3 issu de Bacillus megaterium fait l'objet de cette thèse. L'enzyme est capable d’hydroxyler les liaisons C–H des acides gras (C₁₂-C₂) à température ambiante et pH physiologique. Pour cette réaction, BM3 n'a besoin que d’oxygène et de deux électrons habituellement obtenus de son cofacteur naturel, le NADPH. Cependant, pour engager cette enzyme dans les réactions d'hydroxylation, quelques obstacles importants doivent être surmontés : (i) le cofacteur coûteux (NADPH), devrait être remplacé par une source d'électrons moins chère ou régénérée, (ii) la stabilité enzymatique devrait être améliorée et (iii) l'enzyme devrait être facilement récupérable du milieu de réaction pour être réutilisée. Dans ce contexte, cette étude propose pour la première fois l'immobilisation d'un BM3 sur des nanoparticules magnétiques (NMP) d’oxyde de fer. Ce système enzymatique bénéficie (i) de la préférence de l'enzyme pour les cofacteurs NADH et BNAH (moins chers que le NADPH), (ii) de la réutilisation facile du biocatalyseur et (iii) d’une stabilité significative de l’enzyme lors du stockage. Les NMP synthétisées ont été fonctionnalisées pour permettre l’immobilisation de l'enzyme par adsorption ou liaison covalente. Par conséquent, les BM3-NMP adsorbées / réticulées ou liées de façon covalente ont été obtenues en immobilisant P450 BM3 (R966D / W1046S) sur Ni²⁺-PMIDA-NMP ou sur des NMP activés par glutaraldéhyde, respectivement. / L'activité de l’enzyme immobilisée a été comparée avec celle de l’enzyme libre dans la réaction d'hydroxylation du 10-pNCA comme substrat modèle. L'acide myristique a également été utilisé comme substrat modèle pour confirmer la capacité d’hydroxylation sélective de l’enzyme sur les atomes de carbone ω-1, -2 ou -3. Pour les mêmes conditions opératoires, le BM3 adsorbé / réticulé a montré plus de 85% de l'activité de l’enzyme libre, alors que pour les BM3-NMP liées de manière covalente cela représente 60%. La séparation facile des NMP du milieu réactionnel à l’aide d’un aimant a permis de réutiliser le système enzymatique cinq fois consécutives. Après 5 cycles de réaction, l'enzyme réticulée a conservé 100% de son activité initiale. Compte tenu que le recyclage de l’enzyme libre n’est pas faisable, ce résultat est d’une importance considérable dans les applications pratiques. De plus, la stabilité de l’enzyme pendant un mois de stockage à 4 ºC a été évaluée pour chaque système de BM3. Les résultats ont montré que l’enzyme libre n’était plus active après seulement une semaine de stockage dans ces conditions. L'enzyme réticulée n'a montré qu'une activité relative de 41% après un mois de stockage, mais pour le BM3 fixée de façon covalente, la valeur correspondante a été de 80%. La cinétique de l'hydroxylation du 10-pNCA en présence de l’enzyme libre ou immobilisée a été également étudiée. Sur la base des données expérimentales, un modèle de Hill (coefficient de Hill égal à 2) a été obtenu pour l'enzyme libre. Il a été démontré que les mêmes paramètres cinétiques sont capables de prédire le comportement du système BM3-adsorbé et BM3-réticulé dans la réaction d’hydroxylation, étant donné sa similarité avec celui de l’enzyme libre. En conclusion, les résultats de cette thèse ont montré qu'un système enzymatique actif, stable et rentable peut être obtenu en immobilisant le BM3 sur des NMP fonctionnalisées. Il bénéficie autant des avantages de l'enzyme que du support. Ainsi, l'immobilisation sur des NMP d’une enzyme spécialement conçue pour remplacer le couteux NADPH par des cofacteurs moins chers mais efficaces (NADH et BNAH) offre en même temps une amélioration significative de sa stabilité et facilite son recyclage. / MNPs have been synthesized and surface functionalized to attach the enzyme via two different methods, adsorption and covalent binding. Moreover, glutaraldehyde was used to treat the adsorbed enzyme molecules on MNPs (crosslinking-adsorption). Therefore, adsorbed, crosslinked-adsorbed, or covalently bound BM3-MNPs were obtained by immobilizing P450 BM3 on synthesized Ni²⁺-functionalized MNPs or glutaraldehyde pre-activated MNPs, respectively. The immobilized enzyme activity was compared to its free counterpart in hydroxylation reaction of 10-pNCA (10-(4-Nitrophenoxy) decanoic acid) as a substrate model. Myristic acid was also used as a substrate model to confirm the enzyme selective hydroxylation at ω-1, -2, or -3 carbon positions. The effect of cofactor (NADH and its analogue, BNAH) on the enzyme activity was also investigated. The adsorbed/crosslinked-adsorbed BM3 showed more than 85% of the free enzyme activity while the covalently bound BM3-MNPs presented 60% of the free enzyme activity under the same reaction conditions. An important feature of BM3-MNPs system is the possibility of recycling the biocatalyst. Facile separation of the magnetic nanoparticles from the reaction medium by applying a magnet provided the opportunity of reusing the enzymatic system for five times. After 5 cycles of reaction, the crosslinked-adsorbed enzyme retained 100% of its initial activity. Although the covalently bound enzyme showed, only half of the crosslinked-adsorbed enzyme activity, its storage stability was more significant. Taking into account that the enzyme reuse is an essential concern in many large-scale applications and the free BM3 cannot be recovered and reused, this result is noteworthy. Storage stability tests revealed that the free enzyme became inactive after one-week while the crosslinked-adsorbed enzyme and the covalently attached BM3 on MNPs showed 41% and 80% relative activity after one month, respectively. Finally, the steady-state kinetics of 10-pNCA hydroxylation by free and immobilized BM3 was investigated. Based on the experimental data, a non-Michaelis-Menten, Hill model (Hill coefficient of 2) was obtained for the free enzyme which could also predict the adsorbed and crosslinked-adsorbed BM3-MNPs system performance. This sigmoidal behavior was found to be independent of enzyme concentration and type of cofactor. However, since the enzyme activity was only 60% of the free enzyme for covalently bound BM3, further studies are necessary for a better understanding of this system. In summary, the results of this thesis show that an active, stable, and cost-effective BM3-MNPs system can be obtained by immobilizing an engineered BM3 on functionalized MNPs. Such systems benefit from the advantages of both enzyme and support. An engineered enzyme can fulfill the desired targets including the replacement of costly NADPH by less-expensive, yet effective cofactors namely NADH and BNAH. Furthermore, immobilization of this enzyme on MNPs improves its stability and facilitates the recycling process. / Chemical catalysts are used in different synthetic processes from lab to industrial scales. High reaction yields usually achieved by this type of processes favor their application in many industries without considering the pollution they cause to the environment. Chemical synthesis processes usually require a high volume of organic solvents and produce tons of chemical wastes which are often toxic and not degradable. Replacing conventional catalysts by biocatalysts (enzymes) can benefit from their environmentally friendly nature and high selectivity toward the desired products. Although the advantages of biocatalysts over chemical catalysts have been proven, the application of enzymes in an industrial level is still not considerable. The enzyme low activity, stability, and high cost are the main concerns in developing large-scale enzymatic systems. Therefore, in the context of a greener environment, studies focusing on the development of more active, stable, and cost-effective enzymatic systems are in great demand. Among several enzymes that can catalyze essential synthesis reactions, cytochrome P450 BM3 from Bacillus megaterium is the subject of this thesis. This enzyme hydroxylates the saturated and unsaturated C–H bonds of medium to long chain fatty acids at room temperature and physiological pH. For this reaction, BM3 only needs molecular oxygen and two electrons usually obtained from its natural cofactor, NADPH. However, to engage this enzyme in hydroxylation reactions, some important obstacles should be overcome: (i) the costly cofactor (NADPH) should be replaced by a cheaper source of electrons or regenerated, (ii) the enzyme stability should be improved, and (iii) the enzyme should be easily recovered from the reaction medium to be reused. In this context, this study proposes for the first time the immobilization of an optimized BM3 mutant on functionalized iron oxide magnetic nanoparticles (MNPs). This enzymatic system benefits from (i) the enzyme preference towards cofactors like the reasonably priced NADH and the very cheap BNAH, (ii) facile recovery and reuse of the biocatalyst (enzyme-MNPs), and (iii) the enzyme significant storage stability.

Les biocapteurs sont des moyens d’analyse en plein essor à la fois rapides, sélectifs et peu coûteux applicables à des domaines extrêmement variés (environnement, santé, agroalimentaire,…). Dans ce type d’outil, un élément sensible de nature biologique (anticorps, enzyme, microorganisme, ADN…) doté d’un pouvoir de reconnaissance pour un analyte ou un groupe d’analytes est associé à un transducteur pouvant être de type électrochimique, optique ou thermique.Dans ce travail, nous nous sommes intéressés au développement de trois biocapteurs pour la détection de substances biologiquement actives. Le premier permet la détermination simultanée de l’adénosine triphosphate (ATP) et du glucose par ampérométrie, le deuxième celle de la créatine kinase, et le troisième est un biocapteur conductimétique pour la quantification de l’ATP. Dans les deux premiers biocapteurs, deux enzymes (l’hexokinase et la glucose oxydase) sont immobilisées à la surface de microélectrodes constituées d’un disque de platine. Le troisième biocapteur est basé sur l’immobilisation de l’hexokinase sur des microélectrodes interdigitées en or. L’immobilisation est réalisée dans tous les cas par co-réticulation des enzymes en présence d’albumine de sérum bovin à l’aide de glutaraldehyde. Les caractéristiques analytiques des biocapteurs ont été déterminées et différentes procédures ont été développées pour l’analyse d’échantillons réels. Les biocapteurs ont pu être appliqués avec succès à la quantification de l’ATP, du glucose et de la créatine kinase dans des préparations pharmaceutiques et du sérum sanguin / Biosensors are rapid, selective and inexpensive devices that combine a biological recognition element, the so-called bioreceptor (e.g. enzymes, antibodies, DNA or microorganisms) to a physical transducer (e.g. electrochemical, optical, thermal or piezoelectrical). They can be used to detect one specific analyte or one family of analytes for a wide range of applications (e.g. environment, food, health). In this work, the detection of biologically active substances was targeted. A biosensor system for simultaneous determination of adenosine triphosphate (ATP) and glucose, a biosensor for creatine kinase analysis, and a novel conductometric biosensor for ATP determination were developed. In the first two biosensors, two enzymes (hexokinase and glucose oxidase) were immobilized at the surface of platinum disc microelectrodes for amperometric detection. The third biosensor was based on hexokinase immobilized onto gold interdigitated microelectrodes for conductometric detection. In all cases, the enzymes were co-immobilized with bovine serum albumin by cross-linking using glutaraldehyde. Analytical characteristics of the biosensors were determined and different procedures were developed for real samples analysis. The biosensors could be successfully applied to the determination of ATP, glucose, and creatine kinase in pharmaceutical samples and blood serum

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.

Depuis longtemps, le bois est utilisé comme combustible, matériau de construction et dans la fabrication de pâtes à papier. Actuellement des procédés thermochimiques, biochimiques et microbiologiques permettent une valorisation du bois conduisant à l'obtention d'intermédiaires chimiques directement utilisables dans l'industrie. L'hydrolyse enzymatique de la cellulose est l'une de ces méthodes. Elle conduit à l'obtention du glucose, point de départ de nombreuses synthèses chimiques dans l'industrie chimique. L'immobilisation de l'enzyme sur support insoluble permet une utilisation répétée de l'enzyme. Cette étude met en évidence le comportement de la cellulase immobilisée vis-à-vis de son substrat. La cellulose est rendue amorphe et soluble par un traitement chimique préalable. Ensuite les différents paramètres influençant l'activité de l'enzyme immobilisée sont étudiés afin de déterminer les conditions optimales de fonctionnement d'un tel système

Les enzymes et leur diversité d’actions sont appréciées dans des domaines d’applications variés allant del’agroalimentaire à la thérapeutique. Ainsi, une attention toute particulière est portée à leur étude afin d’améliorer uneaction (contre le vieillissement de la peau, antivirale, anticancéreuse…) ou un procédé de synthèse. Ce projet derecherche s’inscrit dans une démarche de développement d’outils analytiques basés sur la spectrométrie de masse,permettant le suivi rapide et sensible d’interactions enzyme-ligand.Dans une première étude, l’approche TLC couplée à une détection par UV a été évaluée pour la déterminationde constantes enzymatiques de l’enzyme invertase. Cette approche couplée à un MALDI/TOF MS a permis d’identifierdes substrats spécifiques de l’invertase au sein d’extraits de plantes. Pour preuve de concept, l’interactioncellobiohydrolase II–ligand est présentée dans le cadre de l’identification d’inhibiteur par TLC-MALDI/TOF et TLCENALDIMS.En seconde étude, nos travaux ont porté sur la caractérisation directe de différentes enzymes kinases, puis auxsuivis des réactions de phosphorylation de nucléosides /tides endogènes. Ces études, basées sur des approches « offline» (Flow Injection Analysis, FIA) et « on-line » (Frontal Affinity Chromatography, FAC) couplées à unspectromètre de masse haute résolution, ont été réalisées au moyen de ces kinases libres et immobilisées. Dans le cadrede la recherche de nouveaux candidats médicamenteux antiviraux, le suivi d’une phosphorylation spécifique desmolécules de synthèse, au regard de souches humaine ou virale de kinase, a également été évalué par ces deuxméthodologies. / Enzymes are very appreciated and useful in various application fields from agri-business to therapeutic due to theirdiversity of actions. Therefore, their action mechanisms are widely studied in order to enhance an action (anti-aging ofskin, antiviral, antitumorous) or a synthesis process. This research project is part of the approach to propose analyticaltools based on mass spectrometry, allowing rapid and sensitive follow-up of enzyme-ligand interactions.In a first study, the Thin-Layer Chromatography (TLC) approach coupled with UV detection was evaluated forthe determination of invertase kinetic constants. This approach coupled with a MALDI / TOF-MS led to theidentification of invertase substrates in plant extracts. As a proof of concept, the cellobiohydrolase II - ligand interactionwas presented in the framework of the identification of inhibitor by TLC-MALDI / TOF and TLC-ENALDI MS.In the second study, our work aimed at developing a direct method for the determination of kinetic parametersof kinases and following-up the phosphorylation reactions of endogenous nucleosides / tides. These studies, based on“off-line” (Flow Injection Analysis, FIA) and “on-line” (Frontal Affinity Chromatography, FAC) approaches coupledwith a high-resolution mass spectrometer, were carried out using free and immobilized kinases. In the context of thesearch for new antiviral drug candidates, a specific phosphorylation of synthetic molecules regards to human or viralkinase was also evaluated by these both approaches.

Réalisé en codirection avec Karen C. Waldron et Dominic Rochefort. / L’objectif principal de ce projet de recherche est d’étudier l’efficacité de la microencapsulation, technique d’immobilisation d’enzymes utilisée pour la réalisation des nouveaux biocapteurs électrochimiques. Généralement, l’analyte d’intérêt produit ou consomme des électrons, et la réponse électrochimique est mesurée, afin d’identifier ou quantifier l’analyte. Dans le développement d’un biocapteur, il est désirable de quantifier la conversion du substrat (analyte) et/ou la formation de produit de réaction enzymatique. Les similarités structurales entre le substrat et le produit de réaction dans les réactions redox demandent que la technique utilisée pour les identifier soit très sélective. Le haut pouvoir de résolution de l’électrophorèse capillaire (EC) pour des séparations rapides de produits similaires en fait une méthode de choix, spécialement quand le substrat et le produit peuvent être suivis pendant et après la réaction catalysée par l’enzyme immobilisée. Un choix judicieux du substrat, compte tenu de son comportement en EC peut fournir des informations autant sur l’activité de l’enzyme que sur l’efficacité de la microencapsulation. Pour cette raison, nous avons choisi le substrat o-phenylènediamine qui est oxydé par la laccase, pour former le produit 2,3-diaminophenazine, tout en réduisant l’oxygène en eau. Pour commencer, nous avons préparé les microcapsules et évalué l’impact de la microencapsulation sur le comportement de l’enzyme. Ensuite, nous avons développé une méthode de séparation en EC afin de quantifier la conversion de l’OPD en DAP par la laccase libre. La même méthode d’analyse a été utilisée pour caractériser la laccase immobilisée dans les microcapsules. Par la suite, afin de suivre la réaction enzymatique, un microréacteur à base d’enzyme microencapsulée a été couplé hors ligne au système d’EC. Finalement, nous avons essayé l’implémentation du système en ligne et les résultats préliminaires seront présentés. / The principal objective of this research project is to study the efficiency of microencapsulation, technique used for enzyme immobilization in order to create new types of electrochemical biosensors. Generally, the target analyte involved either produces or consumes electrons and the electrochemical response is measured to identify or quantify the analyte. In the development of a biosensor, it is desirable to quantify the conversion of substrate (analyte) and/or the formation of product of the enzymatic reaction. The structural similarity between substrate and product in redox reactions means that the technique used to determine these species must be very selective. The high resolving power of capillary electrophoresis (CE) for rapidly separating similar compounds is thus an attractive method, particularly if substrate and product can both be monitored during or following the reaction catalyzed by microencapsulated enzyme. A judicious choice of substrate with respect to its behaviour in CE separations can help provide information on enzyme activity as well as microencapsulation efficiency. To achieve this, we chose the substrate o-phenylenediamine (OPD), which is oxidized by laccase to form the product 2,3-diaminophenazine (DAP) concomitant with the reduction of molecular oxygen to water. We firstly prepared the microcapsules and evaluate the impact of microencapsulation on the behaviour of the enzyme. After that, we developed a CE based separation method to quantify the conversion of OPD to DAP by free laccase. We also used the CE method to characterize laccase immobilized in microcapsules. Subsequent, the microencapsulated laccase was packed into a microreactor format permitting its off-line coupling with CE as a means to follow the enzymatic reaction. Finally, we tried to implement the on-line system and the preliminaries results are presented.

L’objectif principal de ce projet de recherche est d’étudier l’efficacité de la microencapsulation, technique d’immobilisation d’enzymes utilisée pour la réalisation des nouveaux biocapteurs électrochimiques. Généralement, l’analyte d’intérêt produit ou consomme des électrons, et la réponse électrochimique est mesurée, afin d’identifier ou quantifier l’analyte. Dans le développement d’un biocapteur, il est désirable de quantifier la conversion du substrat (analyte) et/ou la formation de produit de réaction enzymatique. Les similarités structurales entre le substrat et le produit de réaction dans les réactions redox demandent que la technique utilisée pour les identifier soit très sélective. Le haut pouvoir de résolution de l’électrophorèse capillaire (EC) pour des séparations rapides de produits similaires en fait une méthode de choix, spécialement quand le substrat et le produit peuvent être suivis pendant et après la réaction catalysée par l’enzyme immobilisée. Un choix judicieux du substrat, compte tenu de son comportement en EC peut fournir des informations autant sur l’activité de l’enzyme que sur l’efficacité de la microencapsulation. Pour cette raison, nous avons choisi le substrat o-phenylènediamine qui est oxydé par la laccase, pour former le produit 2,3-diaminophenazine, tout en réduisant l’oxygène en eau. Pour commencer, nous avons préparé les microcapsules et évalué l’impact de la microencapsulation sur le comportement de l’enzyme. Ensuite, nous avons développé une méthode de séparation en EC afin de quantifier la conversion de l’OPD en DAP par la laccase libre. La même méthode d’analyse a été utilisée pour caractériser la laccase immobilisée dans les microcapsules. Par la suite, afin de suivre la réaction enzymatique, un microréacteur à base d’enzyme microencapsulée a été couplé hors ligne au système d’EC. Finalement, nous avons essayé l’implémentation du système en ligne et les résultats préliminaires seront présentés. / The principal objective of this research project is to study the efficiency of microencapsulation, technique used for enzyme immobilization in order to create new types of electrochemical biosensors. Generally, the target analyte involved either produces or consumes electrons and the electrochemical response is measured to identify or quantify the analyte. In the development of a biosensor, it is desirable to quantify the conversion of substrate (analyte) and/or the formation of product of the enzymatic reaction. The structural similarity between substrate and product in redox reactions means that the technique used to determine these species must be very selective. The high resolving power of capillary electrophoresis (CE) for rapidly separating similar compounds is thus an attractive method, particularly if substrate and product can both be monitored during or following the reaction catalyzed by microencapsulated enzyme. A judicious choice of substrate with respect to its behaviour in CE separations can help provide information on enzyme activity as well as microencapsulation efficiency. To achieve this, we chose the substrate o-phenylenediamine (OPD), which is oxidized by laccase to form the product 2,3-diaminophenazine (DAP) concomitant with the reduction of molecular oxygen to water. We firstly prepared the microcapsules and evaluate the impact of microencapsulation on the behaviour of the enzyme. After that, we developed a CE based separation method to quantify the conversion of OPD to DAP by free laccase. We also used the CE method to characterize laccase immobilized in microcapsules. Subsequent, the microencapsulated laccase was packed into a microreactor format permitting its off-line coupling with CE as a means to follow the enzymatic reaction. Finally, we tried to implement the on-line system and the preliminaries results are presented. / Réalisé en codirection avec Karen C. Waldron et Dominic Rochefort.