Plateforme de Capteurs de Gaz Sélectifs Pour Le Diagnostic Prématuré Du Cancer Du Poumon

**Plateforme de capteurs de gaz sélectifs pour le diagnostic prématuré du cancer du poumon**:

- Réf **ABG-127668**
- Sujet de Thèse
- 20/12/2024
- Contrat doctoral
- Ecole des Mines de Saint-Etienne -Centre SPIN - Dé
- Lieu de travail- Saint Etienne - Auvergne-Rhône-Alpes - France
- Intitulé du sujet- Plateforme de capteurs de gaz sélectifs pour le diagnostic prématuré du cancer du poumon
- Champs scientifiques- Chimie
- Matériaux
- Sciences de l’ingénieur
- Mots clés- Electrochemistry, Surface functionalization, Gas sensors, Material characterizations

**Description du sujet**:
**Contexte et objectifs** : La plateforme analytique basée sur des capteurs de gaz est une approche prometteuse au point d'intervention pour un diagnostic autonome, rapide et précoce des maladies. L'haleine humaine est un mélange complexe de différents gaz. La concentration et la nature de ces gaz peuvent être une source d'identification de l'état de santé d'une personne. Par exemple, l'augmentation de la concentration de certains composés organiques volatils (COV) dans l'haleine, tels que le toluène (30 ppb), le propanol (400 ppb), l'o-xylène (25 ppb) et le cyclohexane (200 ppb) indique le début du 1er stade du cancer du poumon1. Ainsi, l’identification précise de ces gaz biomarqueurs de maladies dans l’haleine humaine peut constituer un pas en avant dans la détection précoce du cancer du poumon. Dans cette optique, l'objectif de ce programme de doctorat proposé est de développer une plateforme de microcapteurs de gaz sélectifs pour la détection des biomarqueurs COV du cancer du poumon dans l'haleine expirée d'une personne. Les capteurs de gaz seront basés sur des oxydes métalliques conducteurs de surface, tels que SnO2, grâce à leur haute sensibilité aux différents COV, leur abondance, leur faible coût et leur facilité de transformation en films minces2. Cependant, l’un des principaux défis des capteurs SnO2 est le manque de sélectivité et les interférences élevées dues à l’humidité, lors du fonctionnement du capteur à basse température. Cette thèse visera à relever ces challenges existants des capteurs de gaz SnO2 pour les rendre adaptés à l'identification des biomarqueurs du cancer du poumon.

**Description du travail** : Pour relever les défis susmentionnés, une stratégie à plusieurs volets est envisagée dans ce programme de doctorat, qui est détaillée ci-après.
- (a) L'une des tâches clés du chercheur doctorant sera de développer des méthodes de fonctionnalisation de surface sur SnO2 pour introduire des fonctionnalités spécifiques afin d'améliorer sa sélectivité aux biomarqueurs COV ciblés. La méthode de fonctionnalisation sera basée sur l'électroréduction du diazonium 3, dans laquelle, sous l'influence d'un potentiel électrochimique, une molécule organique est greffée de manière covalente sur la surface conductrice. Le futur doctorant réalisera la fonctionnalisation de différents types de molécules organiques, telles que des aryls avec porteurs accepteurs d'électrons, des donneurs d'électrons et des groupes volumineux. La méthode est très polyvalente et peut déposer une monocouche ou une multicouche de film organique nanométrique en continu ou de manière discrète sur une surface conductrice. Le travail comprendra l'optimisation de différentes conditions électrochimiques (potentiel, temps, additifs, convection) pour obtenir une monocouche de greffage des aryles substitués. Le doctorant sera exposé à des équipements en électrochimie, tels que le potentiostat, la microbalance électrochimique à cristal de quartz (EQCM) et le spectromètre d'impédance.
- (b) Une autre tâche consisterait à incorporer le film SnO2 fonctionnalisé sur les électrodes du capteur de gaz et à caractériser les capteurs en fonction des COV ciblés. Le chercheur doctorant utilisera des méthodes d'impression par sérigraphie et par jet d'encre pour traiter l'encre métallique et la formulation de SnO2. Les capteurs seront testés sur différents biomarqueurs de COV et les interférents potentiels, en particulier l'humidité, sur les bancs d'essai automatisés existants dans l'équipe de recherche. Le chercheur doctorant bénéficiera des vastes installations de l'équipe d'accueil en matière de formulation d'encre, de traitement de couches minces par jet d'encre et de méthodes de sérigraphie et de développement de bancs de mesure personnalisés pour les tests de capteurs. De plus, le chercheur aura accès à l'analyseur de chimisorption pour étudier les interactions gaz-matériaux.
- (c) La tâche finale serait la caractérisation des matériaux en collaboration avec d'autres équipes et plateformes d'instrumentation du centre de recherche LGF et SPIN. Par exemple, différentes caractérisations de surface et morphologiques seront réalisées lors de la « Caractérisation des Microstructures et des Surfaces (CMS) ». Des études microstructurales seront réalisées en partenariat avec la « plateforme RX » du LGF.

(d) Outre les trois tâches clés, le doctorant aura l'occasion de participe