The systematic assembly of prostate specific antigen electrochemical sensors based on asymmetric Co(II) phthalocyanines, graphitic quantum dots and an aptamer - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2021

The systematic assembly of prostate specific antigen electrochemical sensors based on asymmetric Co(II) phthalocyanines, graphitic quantum dots and an aptamer

Assemblage systématique de capteurs électrochimiques d'antigène spécifique de la prostate à base de phtalocyanines Co(II) asymétriques, de points quantiques graphitiques et d'un aptamère

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Abstract

In this PhD work, electrochemical sensors based on aptamers, called aptasensors, were designed and optimised for prostate specific antigen (PSA) diagnosis. For this purpose, first innovative nanocomposites that were either undoped or doped graphene-based quantum dots, and gold nanoparticles; as well as asymmetric metallophthalocyanines (MPcs) were synthesised and characterised physico-chemically by various classical analytical methods (in solid state or in solution) and an innovative coupling of electrokinetic separation with mass spectrometry. This characterisation has allowed to improve the synthesis protocols of various graphene quantum dots, in order to achieve the expected properties of these nano-objects, in terms of size, charge density, colloidal stability, and to help for their subsequent functionalisation or the generation of specific interaction with electrode surfaces. These nanocomposites were then functionalized with aptamers and/or MPcs, and the combinations were characterized by the previous methods. The functionalized nanocomposites were deposited on the surface of glassy carbon electrodes by either adsorption, self-assembly, electrochemical grafting or click chemistry to generate electrochemical aptamers for PSA. Quantification was performed by electrochemical impedance spectroscopy and differential pulse voltammetry. These sensors showed good sensitivity, selectivity and repeatability, with detection limits in the range of 1.2- to 2.0 pM in model buffers and spiked serum samples, compatible with early diagnosis of prostate cancer. In addition, the synergistic effects of AuNPs and CoPcs-based quantum dots were demonstrated using electrochemical methods.
Dans ce travail de doctorat, des capteurs électrochimiques à base d’aptamères, appelés aptacapteurs, ont été conçus et optimisés pour le diagnostic de l’antigène spécifique de la prostate (PSA). Pour celà, des nanocomposites (des points quantiques à base de graphène non dopés ou dopés, des nanoparticules d'or) et des métallophtalocyanines (MPcs) asymétriques innovants ont été synthétisés et caractérisés physico-chimiquement par diverses méthodes analytiques classiques et un couplage innovant de séparation électrocinétique avec la spectrométrie de masse. Cette caractérisation a permis d’améliorer les protocoles de synthèse des points quantiques de graphene, afin d’atteindre les propriétés attendues de ces objets, en termes de taille, densité de charge, stabilité colloïdale, fonctionnalisation ultérieure ou interaction avec les surfaces d’électrodes. Ces nanocomposites ont ensuite été fonctionnalisés par des aptamères et/ou MPcs, et les combinaisons ont été caractérisées par les méthodes précédentes. Les nanocomposites fonctionnalisés ont été déposés sur la surface d'électrodes en carbone vitreux par adsorption, auto-assemblage, greffage électrochimique et chimie click, afin de générer des aptacapteurs électrochimiques pour la PSA. La quantification a été effectuée par spectroscopie d'impédance électrochimique et voltampérométrie différentielle à impulsions. Ces aptacapteurs ont montré de bonnes sensibilité, sélectivité et répétabilité, avec des limites de détection de l’ordre de 1,2- à 2,0 pM dans des échantillons de serum dopés, compatibles avec un diagnostic précoce du cancer de la prostate. De plus, les effets synergiques des points quantiques à base d’AuNPs et de CoPcs ont été prouvés à l'aide de méthodes électrochimiques.
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Cite

Siphesihle Nxele. Assemblage systématique de capteurs électrochimiques d'antigène spécifique de la prostate à base de phtalocyanines Co(II) asymétriques, de points quantiques graphitiques et d'un aptamère. Chimie organique. Université Paris sciences et lettres; Rhodes university (Grahamstown, Afrique du Sud), 2021. Français. ⟨NNT : 2021UPSLC028⟩. ⟨tel-03727523⟩
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