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Partie 3 • Autres méthodes
20.7.3 Biocapteurs à détection ampérométrique
Un biocapteur est constitué d’un composé d’origine biologique (enzyme, anticorps) choisi
en fonction de l’analyte et d’un système comportant des électrodes pour convertir le signal
biologique (ex. fixation de l’antigène sur l’anticorps) en signal électrique extérieur.
Pour le rendre spécifique d’un analyte on utilise généralement une paroi perméable comportant une couche de reconnaissance piégeant l’enzyme qui sert à la fois de catalyseur à la
transformation de l’analyte recherché et de piège provisoire à électrons. Il peut s’agir, par
exemple, d’un système sandwich dans lequel l’enzyme est immobilisée entre une membrane
externe en acétate de cellulose, pour empêcher le passage des grosses molécules présentes
et une membrane interne de polycarbonate qui laisse filtrer le produit vers l’électrode.
Le dosage du glucose sanguin avec l’aide d’appareils portables, utiles aux diabétiques,
a fait l’objet d’un grand nombre de réalisations depuis 1960. Toutes mettent en œuvre la
glucose oxydase (GOX) et soit le dioxygène, soit un médiateur tel une quinone, soit un
polymère conducteur assurant le transport d’électrons (fig. 20.10).
Pour ce dosage, plusieurs générations de capteurs se sont succédés. Le principe est le suivant : pour oxyder le glucose en gluconolactone, qui est la réaction-clé adoptée, on fait appel
à la glucose oxydase (GOX) enzyme comportant un site prosthétique à base de flavine qui
sert de piège provisoire à électrons, en passant de sa forme oxydée (FAD) à sa forme réduite
(FADH2). Deux protons et deux électrons sont cédés à l’enzyme qui se trouve ainsi réduite.
Pour retrouver son état initial oxydé, on fait réagir soit une molécule de dioxygène, avec
formation d’une molécule de peroxyde d’hydrogène (première génération), soit un oxydant
(appelé médiateur, ex. quinone) qu’il est aisé de mélanger à l’enzyme à une concentration
connue (deuxième génération). Ce second procédé améliore la sélectivité du dosage.
médiateur réduit
médiateur oxydé
glucose
gluconolactone
GOX.
(enzyme)
au contact de l'anode Pt
(+ 600 mV Ag/AgCl)
vs
- 2e
–
+ 2e
–
- 2e
–
O 2
H O
2 2
C
O
H
détail de la partie active d'un bio-capteur
+
+
+
+
+
1 - membrane sélective
3 - électrode de mesure
2 - enzyme immobilisée
et médiateur
carbone
1
2
3
forme réduite
forme oxydée
C
O
O
(C)
GOX-FADH2
GOX-FAD
1ère génération
2de génération
Figure 20.10 Dosage ampérométrique du glucose.
À gauche, réactions mises en jeu dans les appareils de 1 ère ou de 2 ème génération. O 2
ou le médiateur sont nécessaires car ce sont de petites molécules qui parviennent jusqu’au groupement prosthétique de l’enzyme, qui ne pourrait être au contact de l’électrode de platine. Le médiateur peut être également un système redox à base d’osmium
immobilisé dans un polymère. Pour suivre la réaction on peut quantifier par ampérométrie la consommation de dioxygène ou la formation de H 2 O 2 ou la régénération du
médiateur.
Partie 3 • Autres méthodes
20.7.3 Biocapteurs à détection ampérométrique
Un biocapteur est constitué d’un composé d’origine biologique (enzyme, anticorps) choisi
en fonction de l’analyte et d’un système comportant des électrodes pour convertir le signal
biologique (ex. fixation de l’antigène sur l’anticorps) en signal électrique extérieur.
Pour le rendre spécifique d’un analyte on utilise généralement une paroi perméable comportant une couche de reconnaissance piégeant l’enzyme qui sert à la fois de catalyseur à la
transformation de l’analyte recherché et de piège provisoire à électrons. Il peut s’agir, par
exemple, d’un système sandwich dans lequel l’enzyme est immobilisée entre une membrane
externe en acétate de cellulose, pour empêcher le passage des grosses molécules présentes
et une membrane interne de polycarbonate qui laisse filtrer le produit vers l’électrode.
Le dosage du glucose sanguin avec l’aide d’appareils portables, utiles aux diabétiques,
a fait l’objet d’un grand nombre de réalisations depuis 1960. Toutes mettent en œuvre la
glucose oxydase (GOX) et soit le dioxygène, soit un médiateur tel une quinone, soit un
polymère conducteur assurant le transport d’électrons (fig. 20.10).
Pour ce dosage, plusieurs générations de capteurs se sont succédés. Le principe est le suivant : pour oxyder le glucose en gluconolactone, qui est la réaction-clé adoptée, on fait appel
à la glucose oxydase (GOX) enzyme comportant un site prosthétique à base de flavine qui
sert de piège provisoire à électrons, en passant de sa forme oxydée (FAD) à sa forme réduite
(FADH2). Deux protons et deux électrons sont cédés à l’enzyme qui se trouve ainsi réduite.
Pour retrouver son état initial oxydé, on fait réagir soit une molécule de dioxygène, avec
formation d’une molécule de peroxyde d’hydrogène (première génération), soit un oxydant
(appelé médiateur, ex. quinone) qu’il est aisé de mélanger à l’enzyme à une concentration
connue (deuxième génération). Ce second procédé améliore la sélectivité du dosage.
médiateur réduit
médiateur oxydé
glucose
gluconolactone
GOX.
(enzyme)
au contact de l'anode Pt
(+ 600 mV Ag/AgCl)
vs
- 2e
–
+ 2e
–
- 2e
–
O 2
H O
2 2
C
O
H
détail de la partie active d'un bio-capteur
+
+
+
+
+
1 - membrane sélective
3 - électrode de mesure
2 - enzyme immobilisée
et médiateur
carbone
1
2
3
forme réduite
forme oxydée
C
O
O
(C)
GOX-FADH2
GOX-FAD
1ère génération
2de génération
Figure 20.10 Dosage ampérométrique du glucose.
À gauche, réactions mises en jeu dans les appareils de 1 ère ou de 2 ème génération. O 2
ou le médiateur sont nécessaires car ce sont de petites molécules qui parviennent jusqu’au groupement prosthétique de l’enzyme, qui ne pourrait être au contact de l’électrode de platine. Le médiateur peut être également un système redox à base d’osmium
immobilisé dans un polymère. Pour suivre la réaction on peut quantifier par ampérométrie la consommation de dioxygène ou la formation de H 2 O 2 ou la régénération du
médiateur.