Conception, modélisation et réalisation de microcapteurs pour l'analyse de la sphère buccale. Application à la détection du glutamate
Résumé
Glutamic acid and especially its associated glutamate ion are additives widely used as food flavor enhancers as well as main markers of the japanese taste "umami". However, excess consumption may be responsible for brain disorders causing sweats, headaches, losses of balance, faints and pains. Thus, it became important to develop methods in order to analyze glutamate ions in liquid phase and to integrate them in order to realize glutamate-sensitive microsensors. Works are therefore dedicated to the glutamate-sensitive enzymatic field effect transistors (EnFET) development, dealing with the pH-ChemFET mass fabrication using "Silicon & Polymers" technologies, their packaging for the measurement in liquid phase, the glutamate-EnFET modeling, the integration of glutamate oxidase enzymatic layer, and the characterization of the pH-ChemFET and glutamate-EnFET microsensors. They intend to achieve the integration of glutamate-EnFET into an electronic masticator developed by the laboratory FLAVIC-INRA in Dijon. In parallel a new concept microsensor named ElecFET was designed. This new concept combines amperometric and potentiometric detection techniques to the microscale. The different technological steps have been completed and ElecFETs chips were manufactured in the LAAS-CNRS technological platform. We validated this new concept first by studying the water electrolysis. Then, the parameters that influence the microsensor response were discussed. Finally, we applied this new concept to the detection of hydrogen peroxide, glucose and glutamate.
L'acide glutamique et plus particulièrement son ion associé le glutamate sont des additifs largement utilisés dans l'agro-alimentaire car caractéristiques du gout "umami". Cependant, leur consommation en excès peut être responsable de troubles cérébraux entraînant sueurs, maux de tête, perte d'équilibre, évanouissement et/ou douleurs. Il devient ainsi important de développer des techniques d'analyse en phase liquide des ions glutamates. Les travaux visent ainsi le développement de capteurs enzymatiques basés sur les transistors à effet de champ sensibles au pH (pH-ChemFET), pour la détection du glutamate. Ils visent à la réalisation technologique des microcapteurs Glutamate-EnFET (enzymatic field effect transistor), à leur modélisation et à leur caractérisation en milieux aqueux puis dans la salive, et enfin à leur intégration au sein d'un masticateur électronique développé par le laboratoire FLAVIC-INRA. En parallèle à la réalisation des pH-ChemFET, un nouveau concept de microcapteur, nommé ElecFET, a été mis en place. Ce nouveau concept combine les potentialités de détection des techniques ampérométrique et potentiométrique à la microéchelle. Les différentes étapes technologiques ont été effectuées et les puces ElecFETs ont été fabriquées au sein de la centrale technologique du LAAS-CNRS. Nous avons validé le fonctionnement de l'ElecFET en étudiant d'abord l'électrolyse de l'eau. Ensuite, l'étude des paramètres pouvant influencer la réponse du capteur a été abordée. Enfin, nous avons appliqué ce nouveau concept à la détection du péroxyde d'hydrogène, du glucose et finalement du glutamate.
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