Publications

THESES 

  • Lionel Lartigue :  
    • Soutenance de thèse, le Lundi 16 janvier 2023 à 14h à l'Auditorium de l'Institut d'Optique à Palaiseau.(Lien de visioconférence sous demande). Le jury est composé du Pr. Alexandra Fragola (ISMO, Norvège), Dr. Aude Lereu (Rapportrice, Directrice de recherche, Institut Fresnel, Marseille), Pr. Jean-Pierre Cloarec (Rapporteur, Ecole centrale de Lyon), Olivier Soppera (Directeur de recherche, IS2M, Mulhouse)
    • Titre : "Développement et validation d'un système in situ d'imagerie par résonance de plasmons de surface pour le dosage d'éléments métalliques en eau douce et en milieu marin"
    • Résumé : Les ions métalliques provenant de sources naturelles ou d'activités anthropiques sont présents dans les eaux terrestres des nappes phréatiques jusqu'aux grands fonds océaniques. Leur influence sur les biotopes et la santé humaine, même à de très faibles concentrations, est activement étudiée. Jusqu'à présent, la plupart des analyses sont effectuées en laboratoire et il y a un besoin de développer un capteur in-situ pour fournir un moyen de surveillance de terrain.
      Les capteurs basés sur la résonance de plasmon de surface (SPR) sont largement utilisés dans le domaine de la biodétection pour la surveillance d'espèces chimiques à des concentrations aussi faibles que le nanomolaire. Le type de capteurs SPR le plus courant est basé sur la mesure des variations de réflectivité d'un film d'or, de 50 nm d'épaisseur, lorsqu'une espèce cible est capturée par des récepteurs chimiques greffés à la surface d'or.
      Afin de détecter les ions métalliques, les polymères à empreinte ionique (IIP) ont été choisis comme récepteurs chimiques spécifiques. La spécificité d'un IIP aux ions imprimés provient à la fois de l'interaction électrostatique et de la géométrie des cavités spécifiques figées dans la matrice de polymère. Une méthode a été développée afin de synthétiser et de greffer ces polymères sous forme de couches minces sur la surface d'or et de contrôler leur épaisseur à l'échelle nanométrique. La détection du cuivre et du zinc a été réalisée à des concentrations de l'ordre de 500 nM dans des échantillons contrôlés et en laboratoire.

 

  • Pengchao CAO : 
    • Soutenance de thèse, le vendredi 24 mars 2023 à 13H en amphithéâtre Holweck, à l'ESPCI Paris, située au 10 rue Vauquelin, 75005 Paris. (Lien de visioconférence sous demande). Le jury est composé du Dr. Catherine Branger (Rapportrice, université de Toulon), Dr. Alkiviadis Gourgiotis (Rapporteur, IRSN), Pr. Gabriel Billon (Université de Lille), Pr. Dominique Hourdet (Sorbonne université), Pr. Marc Hebrant (Université de Lorraine), Pr. Valérie Pichon (Sorbonne Université), Dr. Kada Boukerma (Ifremer), Dr. Nathalie Delaunay (CNRS, ESPCI Paris).
    • Titre : "Développement de polymères à empreintes ioniques pour la surveillance des métaux dans les eaux marines"
    • Résumé : Les éléments métalliques sont nécessaires au fonctionnement des écosystèmes aquatiques. Leur détermination même lorsqu’ils sont présents à l'état de trace dans ces milieux est essentielle non seulement pour mieux comprendre ces environnements, mais aussi pour leur surveillance du fait de leur impact potentiel sur la santé humaine et des écosystèmes marins. Leur analyse est généralement effectuée en laboratoire avec des instruments coûteux et une étape préalable de traitement de l’échantillon par extraction sur phase solide (SPE) est requise pour extraire et préconcentrer les analytes d’intérêts. Cependant, les supports de SPE classiques conduisent à l’extraction simultanée de plusieurs métaux. Pour combler ce manque de spécificité, les polymères à empreintes ioniques (IIP) qui ont la capacité de reconnaitre un ion donné ont été développés. En effet, la synthèse d’un IIP repose sur la formation de complexes entre un ion empreinte et des monomères-ligands judicieusement choisis, puis sur la polymérisation autours des complexes après ajout d’un agent réticulant, donnant ainsi un polymère ayant des cavités spécifiques après élimination des ions empreintes. Si les IIP ont déjà fait leur preuve en SPE, ils peuvent aussi fonctionnaliser la surface de capteurs, afin d’analyser les éléments métalliques sur site. Ceci constituait l’objectif du projet SURIMI (ANR-18-CE04-0010) dans lequel s’est inscrite cette thèse. Ainsi, le développement d’un capteur basé sur l’imagerie par résonance des plasmons de surface (SPRi) avec une surface fonctionnalisée par différents IIP spécifiques de chacun des ions ciblés pour pouvoir quantifier in situ et simultanément plusieurs ions métalliques (Ni(II), Cu(II), Zn(II), Cd(II), Pb(II) et Hg(II)) était visé. Cela nécessitait tout d’abord de développer les différents IIP et d’évaluer leurs performances en SPE puis de développer une méthode robuste pour déposer plusieurs plots d’IIP de faible épaisseur, homogènes et bien localisés sur la surface du capteur SPRi. Dans ce travail, des IIP spécifiques de Cu(II) et Cd(II) ont été développés. Suite à une étude bibliographique, plusieurs synthèses ont été réalisées par polymérisation en bloc en utilisant l’ion cible ou un ion analogue comme ion empreinte et en variant plusieurs paramètres, tels que la nature du monomère-ligand, le temps de complexation entre les ions empreintes et les monomères, ainsi que la nature et la quantité de solvant. Pour chaque IIP, un polymère non imprimé a été synthétisé en l’absence d’ion empreinte pour servir de polymère de contrôle. Après broyage, tamisage et élimination des ions empreintes, les particules de polymères ont été introduites dans des cartouches de SPE et différents protocoles d’extraction ont été testés afin d’optimiser les conditions de percolation de l’échantillon, pour que les ions cibles se fixent sur le polymère, de lavage pour éliminer les ions interférents retenus par des interactions non spécifiques plus faibles que celles mises en jeu avec les ions cibles dans les cavités, et d’élution des ions cibles. Pour les IIP les plus prometteurs, les capacités et volumes de fin de fixation ont été déterminés avec les conditions SPE optimisées. Différentes eaux minérales et de mer ont été extraites sur l’IIP puis analysées en spectrométrie à plasma à couplage inductif avec succès, illustrant le fort potentiel de ces IIP en SPE. Ensuite, une étude bibliographique sur l’utilisation de polymères à empreintes dans le domaine des capteurs a été effectuée en se focalisant plus particulièrement sur leurs méthodes de dépôt. Beaucoup de tests ont été réalisés afin de déposer les IIP développés précédemment en SPE avec les différentes méthodes décrites dans la littérature. C’est la méthode de polymérisation de l’IIP induite par le plasmon qui s’est avérée être la plus prometteuse ; elle a permis de contrôler l’épaisseur du film de polymère de quelques dizaines de nm ainsi qu’une localisation facile des plots sur la puce SPRi. 

 

CONFÉRENCES 

  • Rouxel Justin, Lartigue Lionel, Moreau Julien, Hecquet Christophe, Cao Pengchao, Fauvarque Olivier, Tardivel Morgan, Courson Rémi, Prado Enora, Boukerma Kada, Delaunay Nathalie, Pichon Valérie, Dreanno Catherine. "Détection d’ions métalliques par imagerie SPR", Congrès OPTIQUE de la Société Française d’Optique, 5-9 /07/2021, Dijon
  • Delaunay Nathalie, Cao Pengchao, Combès Audrey, Pichon Valérie. "New trends in sample preparation: potential of selective sorbents, from the macro to the microscale", SBCN, 17-20 mai 2021, virtuel. Conférence invitée
  • Delaunay Nathalie, Cao Pengchao, Combès Audrey, Pichon Valérie. "Potential of imprinted polymers for the selective extraction of target molecules and metal ions from complex samples", ExTech symposium, 28 juin-2 juillet 2021, Alicante, Espagne, Virtuel. Conférence invitée
  • Cao Pengchao, Pichon Valérie, Dreanno Catherine, Boukerma Kada, Delaunay Nathalie. "Développement de polymères à empreintes ioniques (IIP, ion imprinted polymer) pour l’extraction sélective des ions Cu(II) en milieu aqueux", Conférence AFSEP, 5-7/10/2021, Paris.
  • Boudias Marine, Cao Pengchao, Combès Audrey, Delaunay Nathalie, Pichon Valérie. "Selective extraction devices based on imprinted polymers for trace analysis of molecules and ions in complex samples", 17th International Symposium on Hyphenated Techniques in Chromatography and Separation technology (HTC 2021), 18-20 mai 2022, Ghent, Belgique. Conférence invitée
  • Combès Audrey, Cao Pengchao, Delaunay Nathalie, Pichon Valérie. "Selective extraction devices based on imprinted polymers for trace analysis of molecules and ions in complex samples", 17th International Symposium on Hyphenated Techniques in Chromatography and Separation Technology May 18-20, 2022 – Ghent, Belgique
  • Cao Pengchao, Pichon Valérie, Dreanno Catherine, Boukerma Kada, Delaunay Nathalie. "Development of ion-imprinted polymers for the selective extraction of Cu (II) ions in environmental waters", 17th International Symposium on Hyphenated Techniques in Chromatography and Separation Technology May 18-20, 2022 – Ghent, Belgium
  • Lionel Lartigue, Julien Moreau. "Surface plasmon resonance for the in-situ detection of metallic ions in ocean", Photonics Europe, 3-7 Avril 2022 – Strasbourg, France.
  • Rouxel Justin, Lartigue Lionel, Moreau Julien, Hecquet Christophe, Cao Pengchao, Fauvarque Olivier, Tardivel Morgan, Courson Rémi, Prado Enora, Boukerma Kada, Delaunay Nathalie, Pichon Valérie, Dreanno Catherine. "Détection d’ions métalliques par imagerie SPR", Congrès OPTIQUE de la Société Française d’Optique, 5-9 /07/2021, Dijon
  • Delaunay Nathalie, Cao Pengchao, Boudias Marine, Boukerma Kada, Gourgiotis Alkiviadis, Pichon Valérie "Développement de polymères à empreintes ioniques pour l’extraction sélective d’ions dans des matrices environnementales",  15ème congrès francophone de l'AFSEP sur les sciences séparatives et les couplages, 28-30 mars 2023, Paris, France.

 

 

ARTICLES 

  • Cao Pengchao, Pichon Valérie, Dreanno Catherine, Boukerma Kada, Delaunay Nathalie (2023). "Development of ion-imprinted polymers for the selective extraction of Cu(II) ions in environmental waters" . Talanta , 256, 124295 (11p.) . https://doi.org/10.1016/j.talanta.2023.124295