Screen printed electrodes (SPEs), which are prepared by patterning conductive inks or pastes onto an insulating support (e.g., plastic film), are widely employed as sensing and biosensing platforms due to their ease of fabrication and relatively low cost. This is especially applicable to electrodes of this nature prepared with carbon-based inks (SPCEs). To date, the most successful and significant commercial application of SPEs has been as test strips for glucose meters. Despite the maturity of this technology, SPE research remains very active as improvements in sensitivity and selectivity, which often involve modifying the electrode surface, hold the key to advancing their utility in routine applications and extending their benefits to other target analytes. Recent studies in the Bishop research group have demonstrated that nitrogen-doped SPCEs (N-SPCEs) exhibit enhanced electrochemical response towards hydrogen peroxide (H2O2), a product of oxidase enzyme (e.g., glucose oxidase, lactate oxidase, etc.) reactions and a common target in biosensing strategies. The presence of nitrogen heteroatoms on the carbon surface facilitates breakage of oxygen-oxygen bonds, a key step in reduction of H2O2. Since previous studies showed only modest incorporation of nitrogen species on SPCEs prepared from commercial ink, these studies aim to investigate the possibility of enhancing N-doping by performing a simple pre-treatment strategy that reportedly increases surface oxygen content of SPCEs prior to N-doping. Since surface oxygen sites have been previously reported to be preferentially modified with nitrogen during N-doping strategies, this seems like a promising technique for improving sensitivity of N-SPCEs for H2O2 reduction. To quantify the actuality of these claims, experimental groups were fabricated having undergone no enhancement, pretreatment enhancement only, nitrogen-doping enhancement only, and a combination of the pretreatment and nitrogen-doping enhancements. Here the electrochemical behaviors of pretreated SPCEs, N-SPCEs, and pretreated N-SPCEs for the detection of H2O2 by completing comparative cyclic voltammetry (CV) experiments with and with out the presence of H2O2 and with it present in varying concentrations is compared. It is projected that, if successful, the fabricated electrodes that have undergone both the pretreatment protocol and the nitrogen-doping process will have an increased sensitivity and detection limit towards H2O2.

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Les techniques d'imagerie multimodale peuvent apporter une grande richesse d'information. Cette thèse est consacrée au développement et à la caractérisation de nanoparticules qui peuvent être utilisées en tant que marqueurs luminescents, pour la détection d'oxydants et comme agents de contraste pour l'imagerie à résonance magnétique. Ces travaux sont basés sur des études précédentes concernant des nanoparticules de composition Y0,6Eu0,4VO4, qui présentent une forte luminescence stable sans clignotement. La détection optique d'oxydants résolue temporellement et spatialement se base sur la photoréduction réversible d'Eu3+ vers Eu2+ et la réoxydation d'Eu2+ vers Eu3+ induite par exemple par H2O2. Cette oxydation est détectable suite à une modification des propriétés de luminescence. L'incorporation de Gd3+ paramagnétique permet l'accélération de la relaxation de l'aimantation des protons. Nous avons synthétisé des nanoparticules de 10 nm et 40 nm de diamètre de composition GdVO4 et Gd0,6Eu0,4VO4, ainsi que des systèmes cœur-coquille contenant un cœur de Y0,6Eu0,4VO4 et une coquille de GdVO4 avec un diamètre total de 40 nm. L'analyse microstructurale par rayons X combinée avec la diffusion dynamique de la lumière et la microscopie électronique à balayage nous a permis de proposer un modèle liant la forme des nanoparticules à celle des cristallites les composant. La titration complexométrique a indiqué que le taux de relargage de terres rares est négligeable, ce qui rend envisageable l'utilisation de nanoparticules de ce type pour des applications in vivo. Nous avons démontré que les nanoparticules conservent, même après substitution de Y3+ par Gd3+, la capacité de détecter H2O2 par une modification de leur luminescence. Des mesures de l'aimantation des nanoparticules Gd0,6Eu0,4VO4 en fonction du champ et de la température ont confirmé leur comportement paramagnétique conforme à une loi de Curie-Weiss dans une gamme de température allant de 290 K à 5 K. Nous avons trouvé que la relaxivité par rapport aux protons induite par les nanoparticules GdVO4 et Gd0,6Eu0,4VO4 d'un diamètre de 10 nm est plus importante que pour le composé commercial chélaté Dotarem®. Des mesures de dispersion de relaxation magnétique nucléaire ont indiqué une relaxivité plus élevée pour les nanoparticules composées de Gd0,6Eu0,4VO4 par rapport à celles de GdVO4. Les données actuelles indiquent que les nanoparticules de vanadate de terres rares contenant simultanément Gd et Eu sont des candidats prometteurs pour une application in vivo en tant que sonde multifonctionelle. Ce système pourrait également être utile comme cible pour la thérapie par capture de neutrons utilisant les ions de gadolinium ou pour la tomographie par émission de positrons.