Nanobiocapteur SERS à haute sensibilité et sélectivité : application au diagnostic précoce des maladies

Abstract

L'objectif de cette thèse était le développement d'un biocapteur basé sur l'exploitation des propriétés optiques des nanostructures métalliques et plus particulièrement sur la diffusion Raman exaltée de surface (DRES)pour détecter de très faibles quantités de molécules. L'optimisation de l'exaltation Raman passe par une meilleure compréhension des propriétés plasmoniques des nanostructures, de l'influence de la géométrie(taille, forme et arrangement) des nanoparticules et de la nature du métal. De plus, le substrat DRES est ensuite recouvert d'un biorécepteur spécifique de l'analyte ciblé. Le biorécepteur utilisé dans notre biocapteurest un aptamère, un simple brin d’ADN, qui présente une forte affinité avec la molécule à détecter par la formation d'une structure secondaire spécifique. L'optimisation du signal du biocapteur nécessite également une meilleure compréhension des interactions biorécepteur/biomolécule. Nous avons donc étudié ces interactions par DRES et déterminé l'influence des conditions expérimentales (solution tampon, ajout d'un espaceur, environnement liquide ou sec...) sur l'orientation de l'aptamère et sur son interaction. La détermination des caractéristiques spectrales de l'aptamère nous a permis d'identifier l'interaction et de fournir une vue approfondie des mécanismes d'interaction. Ces résultats ouvrent la voie à une nouvelle stratégie de détection pour les biocapteurs basés sur la DRES en utilisant des aptamères.The objective of this thesis was the development of a biosensor based on the exploitation of the optical properties of metallic nanostructures and more especially on the surface enhanced Raman scattering (SERS) to detect very small quantities of molecules. The optimization of the Raman enhancement requires a better understanding of the plasmonic properties of the nanostructures, of the influence of the geometry (size, shape and arrangement) of the nanoparticles and of the nature of the metal. Moreover, the SERS substrate is then grafted with a bioreceptor specific to the targeted analyte. The bioreceptor used in our biosensor is anaptamer, a single strand of DNA, which has a strong affinity with the molecule to be detected by the formation of a specific secondary structure. The optimization of the biosensor signal also requires a better understanding of the bioreceptor/biomolecule interactions. We therefore studied these interactions by SERS and determined the influence of experimental conditions (buffer solution, addition of a spacer, liquid or dry environment...) on the orientation of the aptamer and on its interaction. The determination of the spectral characteristics of the aptamer allowed us to identify the interaction and to provide a deep insight on the interaction mechanisms. These results pave the way to a new kind of SERS-based biosensor using aptamers