The role of the surface chemistry on the performance of graphene-based biosensors. Le rôle de la chimie de surface sur la performance de biocapteurs à base de graphène

Archive ouverte : Thèse

Mishyn, Vladyslav

Edité par HAL CCSD

Clinical analysis benefits world-wide from a variety of diagnostic tests. The interest in the development of new clinical tests is not only driven by the demand to sense new analytes such as viruses and biomarkers, but also to reduce costs, complexity and lengthy analysis times of current techniques. Among the numerous of possibilities available today, point-of-care (PoC) devices incorporating graphene and its derivatives are prominent players. This work aims at investigating and comparing the potential of reduced graphene oxide (rGO) and graphene formed by chemical vapor deposition (CVD) for electrical and electrochemical based PoC devices. The full biosensor manufacturing process from manufacturing of the graphene-based transducers to sensing biological molecules is described. A focus will be on the choice of the surface receptors anchored onto graphene material. In this context, non-covalent receptor attachment using different pyrene-based ligands and the interest of covalent attachement via 4-((triisopropylsilyl)ethylenyl)benzene diazonium salts will be demonstrated and compared. Sensing examples discusses are based on the detection of the E7 capsid protein of the human papillomavirus (HPV) and the level of cardiac troponin I (cTnI), associated with cardiovascular diseases, in different biological samples.Keywords: graphene, reduced graphene oxide, sensing, electrochemistry, field effect transistors, surface chemistry. . L'analyse clinique bénéficie dans le monde entier d'une variété de tests diagnostiques. L'intérêt pour le développement de nouveaux tests cliniques résulte d’une part du besoin de détecter de nouveaux analytes tels que les virus et les biomarqueurs, ainsi que d’une forte demande pour la réduction des coûts, de la complexité et des temps d'analyse excessif des techniques actuelles. Parmi les nombreuses possibilités disponibles aujourd'hui, les dispositifs de type « point-of-care » (PoC) incorporant du graphène et ses dérivés sont des acteurs de premier plan. Ce travail vise à étudier et à comparer le potentiel de l'oxyde de graphène réduit (rGO) et du graphène formé par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) pour les dispositifs PoC à transduction électrique et électrochimique. Le développement complet des biocapteurs, de la fabrication des transducteurs à base de graphène à la détection de molécules biologiques, est présenté. L'accent sera mis sur le choix des récepteurs greffés à la surface du graphène. Dans ce contexte, le greffage non-covalent de récepteurs utilisant différents ligands à base de pyrène ainsi que le greffage covalent via des sels de 4 - ((triisopropylsilyl) éthylényl) benzène diazonium seront démontrés et comparés. Les exemples de détection discutés sont basés sur la détection de la protéine de capside E7 du Papillomavirus humain (PVH) et sur le niveau de troponine cardiaque I (cTnI) associé aux maladies cardiovasculaires, dans différents échantillons biologiques.Mots clés: graphène, oxyde de graphène réduit, détection, électrochimie, transistors à base de graphène, chimie de surface.

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