L’unité est constituée de 41 personnes, incluant 16 chercheurs et enseignant-chercheurs permanents, 6 personnels techniques, 12 doctorants, 5 post-doctorants.

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1 L’unité est constituée de 41 personnes, incluant 16 chercheurs et enseignant-chercheurs permanents, 6 personnels techniques, 12 doctorants, 5 post-doctorants et 3 stagiaires M2. Une thématique centrale : l’électrochimie moléculaire et biomoléculaire s’articulant autour de deux grands axes complémentaires : -une recherche fondamentale visant à faire progresser la connaissance dans les domaines : (i)de la réactivité chimique ou biochimique fondamentale couplée à des réactions de transferts d'électron (ii)les processus de transfert/transport d’électrons dans des assemblages moléculaires ou biomacromoléculaires immobilisés sur des surfaces conductrices -une recherche appliquée notamment dans les domaines de : (i)la catalyse de la réduction électrochimique des protons en H 2, la catalyse de la réduction électrochimique du CO 2 en carburants (ii)le développement de nouvelles méthodologies électro(bio)analytiques (capteurs, biocapteurs, nouveaux concepts de détection électrochimique de biomolécules) Laboratoire d’Electrochimie Moléculaire UMR 7591

2 Transferts d'électron et Bouleversements Moléculaires – Réactivité Chimique Fondamentale et Catalyse Catalytic film for water electrooxidation Proton–electron transport and transfer in electrocatalytic films Objectifs : Apporter de nouvelles connaissances fondamentales dans le domaine de la réactivité chimique liée au transfert d'électron (transfert de charge dissociatif, transfert concerté électron/proton, couplage transfert d’électron et coupure/formation de liaison,...) Exploiter ces connaissances dans des problématiques de catalyse, électrocatalyse et/ou photoélectrocatalyse d’activation de petites molécules pour le stockage de l’énergie dans des liaisons chimiques (réduction de CO 2 en carburants, réduction de H + en H 2, réduction du dioxygène, oxydation de l’eau)

3 Objectifs : Etudier et comprendre les phénomènes de reconnaissances et de réactivités biomoléculaires aux interfaces (hybridation de brins courts d'ADN, réactivité enzymatique) en s’appuyant sur une mesure du transport d’électron à l’échelle nanométrique. Développement d’une microscopie électrochimique (AFM-SECM) capable de sonder les propriétés fonctionnelles de biomolécules à l’échelle de la molécule unique (enzyme redox, biomolécule marquée par des centres redox, …). Comprendre la relation entre l’organisation spatiale à l’échelle nanométrique des systèmes enzymatiques et leur efficacité catalytique. Systèmes Biomacromoléculaires – Transport d'électrons à l’échelle nanométrique

4 Approche Electrochimique de la Réactivité Enzymatique et Nouvelles Méthodologies Electroanalytiques Objectifs : Caractériser et modéliser le fonctionnement de systèmes enzymatiques redox-actifs immobilisées sur des surfaces d’électrodes (biocapteurs enzymatiques) Concevoir de nouvelles méthodologies bioélectroanalytiques pour détecter et quantifier des traces ou ultra- traces de molécules ou biomolécules d’intérêt clinique, biologique ou environnemental Mise au point de techniques de fonctionnalisation de surfaces d’électrodes par des molécules et/ou biomolécules Mise en œuvre des technologies adaptées à la caractérisation et à la réalisation de dispositifs électroanalytiques (biocapteurs, électrodes sérigraphiées, détection multiplexée, …) Spectroélectrochimie en temps réel sur électrode mésoporeuse transparente Biocapteur enzymatique Electrode

5 Synthèse et Electrochimie d’Assemblages Supramoléculaires Objectifs : Concevoir et synthétiser des molécules possédant des propriétés chimiques, physico- chimiques et électrochimiques originales et capables d’assemblages supramoléculaires sur des surfaces ou en solution Développer des sondes redox, des catalyseurs biomimétiques, des récepteurs et/ou interrupteurs moléculaires pour des applications en électroanalyse ou électrocatalyse Mise en œuvre de stratégies de fonctionnalisation de surfaces et leurs caractérisations Redox labelling Electrochemical control of non-covalent interactions Self-assembled monolayers

6 Conception et réalisation d’une PCR électrochimique en temps réel 2 publications (JACS, Anal. Chem.) 2 brevets FR2006/01936 et FR2008/03143 dont un licencié création en Oct. 2009 de la start-up « Easy Life Science » (D. Marchal) http://www.elice.fr lauréat 2009 et 2010 du concours National d'aide à la création d'entreprises de technologies innovantes 2 contrats ANR (DETSCAN et REDLOC, D. Marchal) + 1 contrat de collaboration industriel (B. Limoges) Microplaque électrochimique de 48-puits Prototype LEO Quelques exemples de résultats marquants

7 Extension de la méthodologie à des méthodes isothermes d’amplification de l’ADN F. Kivlehan, F. Mavré, L. Talini, B. Limoges, D. Marchal, Analyst, 2011, 136, 3635-42 Helicase-Dependent Amplification Ultimate single-copy DNA detection using real-time electrochemical LAMP: a rational comparative study of DNA intercalating redox probes Alexandra Martin, a Laurent Bouffier, b Kathryn B. Grant, c Franziska Stressmann, d Jean-Marc Ghigo, d Benoît Limoges, a, * Damien Marchal a, * Submitted to ACS Sensors Real-time electrochemical monitoring of a loop-mediated isothermal DNA amplification

8 Développement de nouvelles stratégies d’analyse électrochimique d’acides nucléiques R. Miranda-Castro, D. Marchal, B. Limoges, F. Mavré, Chem. Commun. 2012, 48, 8772–8774 Recyclage spécifique d’une séquence cible d’acide nucléique via les propriétés spécifiques de digestion d’une exonucléase III Détection électrochimique énantiospécifique de molécules chirales à l’aide d’aptamères L / D -tyrosinamide Challier, L.; Mavré, F.; Moreau, J.; Fave, C.; Schollhorn, B.; Marchal, D.; Peyrin, E.; Noel, V.; Limoges, B., Anal. Chem., 2012, 84, 5415–5420 Screening d’interactions ANR/ligands (collaboration avec L. Micouin, LCBPT, P5)

9 Analyses mécanistiques et cinétiques d’enzymes oxydoréductases par électrochimie : PQQ glucose déshydrogénase F. Durand, B. Limoges, N. Mano, F. Mavré, R. Miranda-Castro, J-M. Savéant, J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 12801-12809 Collaboration avec le CRPP de Bordeaux Suivi en temps réel de la reconstitution de l’apo-enzyme à la surface d’une électrode Biocapteur à H 2 S : - Sulfure Quinone Reductase (collaboration F. Bouillaud, Institut Cochin, Inserm) - Hemoprotéine spécifique de la fixation d’HS - (collaboration E. Gallardon, LCBPT, P5)

10 Systèmes à chaînes peptidiques à tête redox ancrées sur une électrode Projet initié en collaboration avec la société Biopep, (intégrée au sein d’HORIBA Médical)  Nouveau concept bionalytique pour quantifier l’activité de la thrombine  Outil cinétique permettant d’étudier en temps réel et in situ les réactions de protéolyse de substrats peptidiques immobilisés sur une surface, catalysées par les protéases en solution Courbes cinétique de protéolyse à l’électrode « Progress curves » Détection sensible et rapide de l’activité de la thrombine Modélisation cinétique de la réaction enzymatique de protéolyse aux interfaces Voltamétrie cyclique Anne, A.; Chovin, A.; Demaille, C. Langmuir 2012, 28, 8804-8813. Adjémian, J.; Anne, A.; Cauet, G.; Demaille, C. Langmuir 2010, 26, 10347-10356.

11 Or SiO 2 e-e- e-e- Sonde AFM-SECM « Nano-Elisa » Système modèle considéré: Reconnaissance antigène-anticorps  Une seule biomolécule par plot par construction  Disposition en réseau permettant une approche statistique des phénomènes (dispersion du comportement moléculaire ) L’échelle de la macromolécule individuelle est rendue possible grâce à l’utilisation d’une plateforme à plots d’or nanométrique (IEMN, Lille) Détection d’événements de reconnaissance moléculaire individuels par Microscopie AFM-SECM Détection d’événements de reconnaissance via la génération d’un courant faradique par des anticorps redox Nanoélectrode sonde combinée AFM-SECM Couplage des microscopies à force atomique (AFM) et électrochimique (SECM) 10 nm In situ Mesure simultanée de la topographie et de courants locaux TopographieCourant Système témoin à chaines Fc-PEG Anticorps à marqueurs redox ferrocene-PEG (Fc-PEG) Anne, A.; Chovin, A.; Demaille, C. ; Lafouresse, M. Anal. Chem., 2011, 83, 7924–7932. Tête Fc + / Fc Chaine PEG 200 nm

12 Etude de nanobiosystèmes fonctionnels individuels par microscopie AFM-SECM Premier système étudié: Particules virales (virus de plante) dotées de fonctions redox TopographieCourant  Sonder la distribution statistique de la fonction redox d’une particule virale à l’autre.  Quantifier la répartition spatiale de la fonction redox le long des particules virales (résolution sub-particulaire).  Cartographier in situ la répartition de protéines virales spécifiques, à l’échelle de la protéine unique. 300 nm Anne, A.; Chovin, A.; Demaille, C.; Michon, T. et al. ACS Nano, 2015, 9, 4911-4924. L’échelle de la particule unique permet de : Fc Fc + In situ E sub = 0.0 V/SCE e-e- e-e- e-e- E tip = +0.3 V/SCE i tip

13 Collaborations avec l’Université d’Alberta et Collège de France/UPMC C. Renault, C. P. Andrieux, R. T. Tucker, M. J. Brett, V. Balland, and B. Limoges J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 6834–6845 C. Renault, K. D. Harris, M. J. Brett, V. Balland, B. Limoges, Chem. Commun., 2011, 47, 1863-1865 D. Schaming, C. Renault, R. T. Tucker, S. Lau-Truong, J. Aubard, M. J. Brett, V. Balland, B. Limoges, Langmuir 2012, 28, 14065–14072 Spectroélectrochimie en temps réel à l’aide d’électrodes mésoporeuses 3D transparentes