Mercredi 23 Octobre 2019                           

EQUIPE IMF

Ingénierie des matériaux fonctionnels

Matériaux d'électrodes de type sérigraphié : fonctionnalisations de surfaces et biocapteurs

 

Descriptif général:

Ce thème de recherche s'oriente vers le développement et la caractérisation physico-chimiques de surfaces d'électrodes de carbone de type sérigraphié. De manière générale, il s'agit de développer des encres à base de carbone/graphite. La mise en œuvre par sérigraphie de ces encres sur des surfaces solides permet l'obtention de nouveaux matériaux d'électrodes que l'on peut aisément fonctionnaliser. La caractérisation de ces matériaux originaux a pour but d'envisager leur utilisation dans les domaines de la catalyse hétérogène et de l'analyse électrochimique. Notre démarche consiste à mettre en synergie propriétés chimiques et réactivité électrochimique des matériaux, à l'échelle surfacique. Deux aspects "applicatifs" sont visés : la conception d'outils d'analyses rapides de milieux complexes (agroalimentaire, biomédical et environnement) de type biocapteurs et le développement de cathodes pour dispositifs photovoltaïques .

 

Biocapteurs :

Notre objectif premier est d'établir les relations existant entre la formulation des encres et la réactivité électrochimique de la surface d'électrode. Dans un second temps, dans le cadre de problématiques électrochimiques, l'exploitation de ces connaissances permet le développement d'applications engageant des biomolécules rédox douées de propriétés de bioreconnaissance. Ces travaux nous ont ainsi permis de développer des électrodes de type sérigraphié (Figure 1) opérant en mode de transfert direct d'électron entre l'enzyme et le transducteur. Ce type original d'électrodes apparait plus sélectif et sensible vis-à-vis de l'analyte considéré, et peut facilement s'intégrer dans un process d'analyse par injection en flux continu.

Figure 1 : Exemples de systèmes électrochimiques à trois électrodes sérigraphiés développés au sein de notre équipe

 

Cathodes pour dispositifs photovoltaïques :

Nous possédons un savoir faire dans le domaine des procédés de la sérigraphie d'encres à base de carbone. Nous avons ainsi transposé les résultats de nos études antérieures à des applications couplées avec des réactions photochimiques et/ou photoélectrochimiques. Il s'agit ici de développer une série d'encres à base de carbone et d'étudier, après sérigraphie, leur réactivité électrochimique vis-à-vis de nouveaux types de médiateurs redox photosensibles. Ces nouveaux systèmes sont envisagés pour la conception de cellules photoélectrochimiques (Figures 2 et 3). Ce travail a bénéficié d'un financement européen (Contrat Européen n° COOP-CT-512510)

Figure 2: Image MEB en coupe de cathode "sérigraphiée" à base de carbone (SPC: screen printed carbon ; SPS: screen printed silver)

        

Figure 3 : a- Voltampérogrames cycliques à différentes vitesses de balayage (5-100mV.s-1 ) d'une solution aqueuse contenant 2*10 -3 mol/l de [Fe(CN) 6 ] 4-/3- et 1 mol/l de KCl sur une électrode à base de carbone de type sérigraphié.

b- Evolution des courants anodiques et cathodiques en fonction de la racine carrée de la vitesse de balayage.

 

Personnes impliquées  : M. Boujtita, C.Thobie-Gautier, C. Delacôte, N. Szuwarski, F.Lantier

Financement projet  : Europe ( Contrat européen intitulé " Large Area DSSC for Building Integrated Photovoltaic COOP-CT-2004-512510" , Région pays de Loire (cofinancement d'une thèse), CNRS, Université

Réseau de Collaboration :

Unité de Pharmacologie Chimique et Génétique UMR CNRS n° 8151 / U INSERM n° 640 ENSCP – Paris (Dr. F. Bedioui)

Gwent Electronic Materials - Monmouth House, Mamhilad Park , Pontypool , NP4 0HZ. United Kingdom (Dr. R. Pitson)

ONIRIS: Ecole Nationale Vétérinaire, Agroalimentaire et de l'alimentation Nantes-Atlantique (ancien ENITIAA) (Pr T. Sérot)

IMN – Plasmas et Couches Minces, Nantes (Dr P-Y Tessier)

 

Publications :

- Ghamouss, F., Luais, E., Thobie-Gautier, C., Tessier, P.-Y., Boujtita, M. Argon plasma treatment to enhance the electrochemical reactivity of screen-printed carbon surfaces(2009) Electrochimica Acta, 54 (11), pp. 3026-3032.

- Sehlotho, N., Griveau, S., Ruille´, N., Boujtita, M., Nyokong, T., Bedioui, F.Electro-catalyzed oxidation of reduced glutathione and 2-mercaptoethanol by cobalt phthalocyanine-containing screen printed graphite electrodes (2008) Materials Science and Engineering C, 28 (5-6), pp. 606-612

- Ghamouss, F., Tessier, P.-Y., Djouadi, M.A., Besland, M.-P., Boujtita, M. Examination of the electrochemical reactivity of screen printed carbon electrode treated by radio-frequency argon plasma (2007) Electrochemistry Communications, 9 (7), pp. 1798-1804.

- Ghamouss, F., Ledru, S., Ruillé, N., Lantier, F., Boujtita, M. Bulk-modified modified screen-printing carbon electrodes with both lactate oxidase (LOD) and horseradish peroxide (HRP) for the determination of l-lactate in flow injection analysis mode.(2006) Analytica Chimica Acta, 570 (2), pp. 158-164.

- Ledru, S., Ruille´, N., Boujtita, M. One-step screen-printed electrode modified in its bulk with HRP based on direct electron transfer for hydrogen peroxide detection in flow injection mode. (2006) Biosensors and Bioelectronics, 21 (8), pp. 1591-1598.

- Miserere, S., Ledru, S., Ruillé, N., Griveau, S., Boujtita, M., Bedioui, F.Biocompatible carbon-based screen-printed electrodes for the electrochemical detection of nitric oxide(2006). Electrochemistry Communications, 8 (2), pp. 238-244.

- Ledru, S., Boujtita, M. Electrocatalytic oxidation of ascorbate by heme-FeIII/heme- FeII redox couple of the HRP and its effect on the electrochemical behaviour of an L-lactate biosensor (2004) Bioelectrochemistry, 64 (1), pp. 71-78.

- Zaydan, R., Dion, M., Boujtita, M. Development of a New Method, Based on a Bioreactor Coupled with an L-Lactate Biosensor, toward the Determination of a Nonspecific Inhibition of L-Lactic Acid Production during Milk Fermentation. (2004) Journal of Agricultural and Food Chemistry, 52 (1), pp. 8-14.

- Ramirez-Molina, C., Boujtita, M., El Murr, N. New strategy for dehydrogenase amperometric biosensors using surfactant to enhance the sensitivity of diaphorase/ferrocene modified carbon paste electrodes for electrocatalytic oxidation of NADH (2003) Electroanalysis, 15 (13), pp. 1095-1100.

- Szuwarski, N., Gueguen, S., Boujtita, M., El Murr, N. Use of thermally simulated aging to evaluate the contribution of constituents to the activity of mediated carbon paste glucose biosensors to improve their shelf-life (2001) Electroanalysis, 13 (15), pp. 1237-1241.

- Boujtita, M., P. Hart, J., Pittson, R. Development of a disposable ethanol biosensor based on a chemically modified screen-printed electrode coated with alcohol oxidase for the analysis of beer (2000) Biosensors and Bioelectronics, 15 (5-6), pp. 257-263.