Développement d'une plateforme de laboratoire sur puce intégrant microcapteurs électrochimiques pour la détection des contaminants de l'eau basée sur le suivi de la physiologie des algues
Development of a lab-on-chip platform integrating electrochemical microsensors for the detection of water contaminants based on algal physiology monitoring
Résumé
The monitoring of water quality has been of great importance in recent decades in order to find solutions to control water contamination, largely driven by agricultural and industrial activities. Although conventional methods such as chromatography, are very accurate and sensitive tools, increasing interest has been placed on promising techniques that can be used on site, are low cost, and offer the ability to perform rapid analysis. The present work is devoted to the development of lab on a chip component to the analysis of the toxicity of water. It consists of a portable system for detecting on-site and offers the possibility of a double complementary detection: optical and electrochemical. As the part dedicated to the electrochemical sensor has been previously validated, this study focused on the implementation of an electrochemical biosensor based on the use of an alga, for the detection of pollutants in water. The detection basic principle consists in monitoring changes in the metabolic activity of algae induced by the presence of herbicides. The seaweed response is different for each concentration of herbicide in an examined sample. Two herbicides selected affect the photosynthetic activity of the algae and consequently, induce changes in the amount of electro-active species produced by the alga: O2, H2O2 and H3O + / OH-. Before the development of the final component type Lab on Chip, detection principles as well as the electrode materials that will be integrated, have been validated using a simpler type of component, which was achieved through the silicon manufacturing technologies and which was characterized by simpler procedures.A silicon chip containing an electrochemical micro incorporating three electrodes was established. Once validated detecting materials and previously selected settings were used in the manufacture of components on Lab Chip. The Lab-on-Chip components were then used for the biological tests to detect the herbicides of interest. Special attention has been placed on monitoring like O2 indicator of the presence of herbicide, because this element is the most representative of changes of metabolic activity. An inhibiting effect on photosynthesis, concentration dependent of the herbicide been demonstrated. Detection of herbicidal was performed with great sensitivity and a range of covering the boundary concentration Maximum acceptable taxed by the Canadian Government.
Le suivi de la qualité de l’eau a été d’une grande importance depuis ces dernières décennies afin de trouver des solutions de contrôler la contamination de l’eau, induite en grande partie par les activités agricoles et industrielles. Bien que les méthodes conventionnelles, comme la chromatographie, sont des outils très précis et sensibles, un intérêt grandissant a été placé sur des techniques prometteuses qui peuvent être utilisées sur site, sont bas coût, et offrent la possibilité d’effectuer des analyses rapides. Le travail présenté ici est dédié au développement de composant Laboratoire sur Puce pour l’analyse de la toxicité de l’eau. Il consiste en un système portable pour la détection sur site et offre la possibilité d’une double détection complémentaire : optique et électrochimique. Comme la partie dédiée au capteur électrochimique a préalablement été validée, cette étude est focalisée sur l’implémentation d’un biocapteur électrochimique basé sur l’utilisation d’une algue, pour la détection de polluants dans l’eau. Le principe basique de détection consiste au suivi de changements de l’activité métabolique d’algues induits par la présence d’herbicides. La réponse de l’algue est différente pour chaque concentration d’herbicide dans un échantillon examiné. Deux herbicides sélectionnés affectent l’activité photosynthétique de l’algue et par conséquent, induisent des modifications dans la quantité des espèces électroactives produites par l’algue : O2, H2O2 et H3O+/OH-. Avant le développement du composant final type Laboratoire sur Puce, les principes de détection aussi bien que les matériaux d’électrode qui vont être intégrés, ont été validés en utilisant un type de composant plus simple, qui a été réalisé grâce aux technologies de fabrication silicium et qui a été caractérisé par des procédures plus simples. Une puce sur silicium contenant un microsystème électrochimique intégrant trois électrodes a été mis en place. Une fois validés, les matériaux de détection et les configurations choisis précédemment ont été utilisés pour la fabrication des composants Laboratoire sur Puce. Les composants Laboratoire sur Puce ont été ensuite utilisés pour des tests biologiques afin de détecter les herbicides d’intérêt. Une attention spéciale a été placée sur le suivi de O2 comme indicateur de la présence d’herbicide, étant donné que cet élément est le plus représentatif de modifications de l’activité métabolique. Un effet d’inhibition sur la photosynthèse, dépendant de la concentration de l’herbicide a été démontré. La détection de l’herbicide a été réalisée avec une grande sensibilité et sur une gamme couvrant la limite de concentration maximale acceptable imposé par le gouvernement canadien.