A Glucose BioFuel Cell Implanted in Rats

Powering future generations of implanted medical devices will require cumbersome transcutaneous energy transfer or harvesting energy from the human body. No functional solution that harvests power from the body is currently available, despite attempts to use the Seebeck thermoelectric effect, vibrations or body movements. Glucose fuel cells appear more promising, since they produce electrical energy from glucose and dioxygen, two substrates present in physiological fluids. The most powerful ones, Glucose BioFuel Cells (GBFCs), are based on enzymes electrically wired by redox mediators. However, GBFCs cannot be implanted in animals, mainly because the enzymes they rely on either require low pH or are inhibited by chloride or urate anions, present in the Extra Cellular Fluid (ECF). Here we present the first functional implantable GBFC, working in the retroperitoneal space of freely moving rats. The breakthrough relies on the design of a new family of GBFCs, characterized by an innovative and simple mechanical confinement of various enzymes and redox mediators: enzymes are no longer covalently bound to the surface of the electron collectors, which enables use of a wide variety of enzymes and redox mediators, augments the quantity of active enzymes, and simplifies GBFC construction. Our most efficient GBFC was based on composite graphite discs containing glucose oxidase and ubiquinone at the anode, polyphenol oxidase (PPO) and quinone at the cathode. PPO reduces dioxygen into water, at pH 7 and in the presence of chloride ions and urates at physiological concentrations. This GBFC, with electrodes of 0.133 mL, produced a peak specific power of 24.4 µW mL−1, which is better than pacemakers' requirements and paves the way for the development of a new generation of implantable artificial organs, covering a wide range of medical applications

Potentiometric selectivity and impedance characteristics of a NASICON-based ion selective electrode

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Solid state electrochemical sensor for chlorine and hydrogen chloride gas trace analysis

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Biomatériaux d'électrode appliqués à la réalisation et à la caractérisation d'un biocapteur immunologique et de biopiles enzymatiques

Ce mémoire est consacré au développement d'un immunocapteur impédancemétrique et de deux biopiles enzymatiques. Premièrement, le poly(pyrrole-NHS) est utilisé pour l'immobilisation successive d'un modèle de la ciprofloxacine (CF) et de l'anticorps dirigé spécifiquement contre CF. La détection est réalisée par la spectroscopie d'impédance électrochimique. Elle détecte le déplacement en solution de l'anticorps. Le seuil de détection est de 1.10-12 g.mL-1. Deuxièmement, la production énergétique est abordée suivant deux approches. La première se base sur l'apparition d'un gradient de pH produit par deux enzymes (la GOx et l'uréase) et converti en f.e.m. en utilisant un couple rédox sensible au pH. La seconde, repose sur les propriétés biocatalytiques de la GOx d'oxyder le glucose et de la polyphénol oxydase de réduire le dioxygène. Cette pile est capable de fonctionner aussi bien in vitro que in vivo. Une fois optimisée, la pile affiche une f.e.m. de 315 mV et une puissance de 27 W.This work is focused on the development of an impedimetric immunosensor and two enzymatic biofuel cells. Firstly, poly(pyrrole-NHS) is used to graft a model of the ciprofloxacin antibiotic (CF) and its specific antibody (Ab) in two steps. The displacement of the antibody in solution directed by a strong affinity between Ab and CF is monitored by electrochemical impedance spectroscopy. The detection limit is 10-12 g mL-1. Secondly, production of electricity is studied by two different methods. The first one is based on the creation of a pH difference driven enzymatically by glucose oxidase (GOx) and urease. This pH gradient is converted to e.m.f. by adding a pH-dependant redox couple. The second method uses glucose/O2 fuSAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Electrogeneration of a biotinylated poly(pyrrole-ruthenium(II)) film for the construction of photoelectrochemical immunosensor

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A new biotinylated tris bipyridinyl iron(II) complex as redox biotin-bridge for the construction of supramolecular biosensing architectures

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Electrogeneration of a poly(pyrrole)-NTA chelator film for a reversible oriented immobilization of histidine-tagged proteins

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Internal reference system based on poly(ethylene oxide) networks

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Réalisation d'assemblages biologiques électroactifs (application aux biocapteurs d'affinité)

Ce mémoire est consacré à l'élaboration d'assemblages surfaciques originaux à base de polymères conducteurs dans le but d'améliorer les performances analytiques des biocapteurs d'affinité. Tout d'abord, une nouvelle stratégie de transduction photoélectrochimique directe d'immunoréactions a été élaborée au moyen d'électrodes modifiées par un polymère photosensible biotinylé. Ce dernier est électrogénéré à partir d'un complexe tris(bipyridine) de ruthénium(II) substitué de groupements pyrrole et d'entités biotine. Le film polymère est utilisé à la fois pour l'immobilisation de la toxine du choléra biotinylée à travers l'interaction affine biotine/avidine et la détection directe de l'anticorps correspondant via l'altération des propriétés électrochimiques et photo physique du polymère. Une méthode originale d'immobilisation affine de protéines sur des films polymères électrogénérés a été également étudiée. La synthèse et l'électropolymérisation d'un monomère pyrrole-nitrilotriacétate a permis l'élaboration d'un film polymère capable de complexer des ions cuivre et d'immobiliser de manière réversible une protéine histidinylée. Enfin, l'utilisation d'un complexe tris(bipyridine) de fer(II) substitué par des groupements biotine comme espaceur biotinylé a permis la réalisation d'une architecture supramoléculaire comportant plusieurs couches d'avidine autorisant l'immobilisation d'une forte teneur en sondes oligonucléotides. Cette immobilisation en volume des sondes oligonucléotides a conduit à une augmentation notable de la sensibilité de la détection gravimétrique de la cible complémentaire par rapport à une immobilisation en monocouche.GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSudocFranceF

Functionalized polypyrroles : a sophisticated glue for the immobilization and electrical wiring of enzymes

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