Définition d’un biocapteur

Un biocapteur est un système analytique

formé de deux parties qui sont :
1. Un récepteur biologique (ligand)
Classification des biocapteurs
capable de reconnaitre une substance cible présente dans
un milieu complexe Les biocapteurs peuvent être classés selon plusieurs
2. Un transducteur qui traduit la modification physico- paramètres :
chimique engendrée par la reconnaissance spécifique en 1. Type de reconnaissance moléculaire (biorécepteur):
un signal électrique ou optique permettant de mesurer Catalyse enzymatique, métabolisme cellulaire ou
la substance cible. tissulaire.
Formation de bio-complexe: réaction immunologique,
Définition d’un biocapteur selon IUPAC
récepteur membranaire
Selon IUPAC : un biocapteur doit être petit et compact, 2. Classement par espèce(s) détectée(s):
avoir un signal réversible, donner des déterminations Substrats de réactions biologiques: sucres, acides
précises et établir une connexion réelle entre le matériel aminés, alcools, phénols...
biologique et Nutriments: demande biologique d’oxygène (DBO)…
le transducteur .  Inhibiteurs, toxiques: Pesticides (organo-phosphorés),
métaux, fluorures...
Principe d’un biocapteur
3. Type de transducteur associé:
*les éléments de biocapteur  électrochimique: Ampérométrique, potentiométrique,
conductimétrique,…
Analyte : une substance d'intérêt qui doit être détectée. optique: résonnance de plasmon de surface (RPS)…
Par exemple, le glucose est un «analyte» dans un enthalpimétrique: microcalorimétrie…
biocapteur conçu pour détecter le glucose.  massique: Quartz piézo-électriques,
Biorécepteur : Une molécule qui reconnaît
spécifiquement l'analyte. Le processus de génération de Les biorécepteur
signal lors de l'interaction du biorécepteur avec l'analyte
est appelé bio-reconnaissance Plusieurs bio récepteurs ont été utilisés comme élément
Transducteur : Le transducteur est un élément qui de reconnaissance moléculaire pour le développement de
convertit une forme d'énergie en une autre. divers biocapteurs
Dans un biocapteur, le rô le du transducteur est de
convertir l'événement de bio-reconnaissance en un signal •Les enzymes : biocatalyseurs les plus utilisés pour la
mesurable. Ce processus de conversion d'énergie est construction de biocapteurs
appelé signalisation. Il existe plusieurs enzymes commerciales;
Électronique : partie d'un biocapteur qui traite le signal L’enzyme doit être immobilisée au proche contact du
traduit et le prépare pour l'affichage. transducteur:
Enregistrement ou affichage : L’affichage consiste en un (a)Enzyme immobilisée avec son site actif
système d’interprétation utilisateur, tel l’écran ou une intact et prêt à accepter la molécule de
imprimante directe générant des chiffres ou des courbes substrat (comme le montre (b)).
compréhensibles par l’utilisateur. (c) Enzyme inactivée par l’immobilisation:
Principe de construction d’un biocapteur site actif inaccessible au substrat.
(d) La déformation du site actif produit une
La construction d’un biocapteur est essentiellement enzyme immobilisée inactive.
basée sur l’immobilisation du biorécepteur sur le
transducteur correspondant •Les anticorps :est une protéine complexe utilisée par
le système immunitaire pour détecter et neutraliser les
biocapteur permettant la Combinaison judicieuse agents pathogènes comme les bactéries et les virus.
détection et le dosage d’un d’un composant biologique  Les anticorps ont la capacité de reconnaître et de se
composé d’intérêt dans un et d’un transducteur fixer de manière spécifique sur un antigène.
milieu complexe.
La reconnaissance entre antigène et anticorps est,
-Construction du biocapteur par exemple, mise à profit dans la lutte contre les
En théorique toxines bactériennes
Différentes combinaisons biorécepteur – transducteur
donne une grand nombre de biocapteurs Ces toxines agissent en se fixant sur des récepteurs
Mais en pratique: Nécessité d’une compatibilité présents à la surface des cellules de l'organisme
transducteur – bio récepteur pour obtention de signal dérèglements importants de l'activité cellulaire. En se
électrique fixant sur ces toxines, les anticorps anti-toxine les
neutralisent et préviennent les liaisons avec les
Exemple: récepteurs cellulaires.

•Les anticorps
- Sont généralement immobilisés chimiquement à la • Ampérométrique : L’ampérométrie consiste à mesurer
surface du transducteur; le courant issu de l’électrolyse d’une espèce électro-active
et un potentiel constant entre une électrode de travail sur
- l’immobilisation doit être contrô lée pour assurer une laquelle est fixé le bio-récepteur et une électrode de
orientation uniforme des sites récepteurs référence.
• Conductométrique : ils permettent plutô t de mesurer
- l’interaction avec 1 Ag ou haptène est spécifique
une grandeur physique : la conductivité électrique des
+possibilité d’amplification à l’aide de marqueurs
solutions.
fluorescents ou enzymatiques;

- les biocapteurs résultants sont appelés immunocapteurs

•Les récepteurs : Les différentes cellules de l’organisme

reçoivent les informations nécessaires à la modulation de
leur activité par l’intermédiaire de signaux et de molécules
extracellulaires.

Ces molécules (hormones, facteurs de croissance,…)

viennent la plupart du temps se lier à des protéines
réceptrices (font partie intégrante de la membrane
plasmique de la cellule cible) qui vont permettre la
transmission de l'information à l'intérieur de la cellule.

 Les récepteurs membranaires, eux, constituent

l'interface entre un stimulus extracellulaire et sa
perpétuation dans le cytosol.

•Les microorganismes
Plusieurs types de microorganismes ont été utilisés pour
mettre au point des biocapteurs microbiens: bactéries,
levures ou champignons.
L’utilisation de cellules entières présente certains
avantages:
- évite de longs et coûteux processus d’extraction purification
que nécessitent les autres biorécepteurs (enzymes, acides
nucléiques…);
- possibilité de régénérer le biocatalyseur in situ sans
nécessité de reconstruire le biocapteur;
- extraordinaires possibilités de transformer des
microorganismes en vue d’améliorer leurs activités
enzymatiques ou de leur permettre d’exprimer de
nouvelles activités

Le transducteur
• Le transducteur est l’élément physique qui exploite la
modification biochimique issue d’une interaction entre
l’analyte et le biorecépteur pour la transformer en signal
électrique
• L’adéquation entre le type de transducteur et l’élément
biologique permet d’obtenir un signal sensible et
facilement exploitable

• Les méthodes de transduction électrochimique sont très

populaires dans le domaine des biocapteurs, non
seulement pour des raisons historiques, mais aussi pour
leur simplicité.
• Basé sur le changement des propriétés électriques ou la
production d’espèces redox.
Trois mode de transduction
• Potentiométrique : mesurent les variations de
potentiels entre une électrode active et
une électrode de référence causées par des ions, des
réactions chimiques ou les charges
électriques de biomolécules.
L’immobilisation de la biomolécule sur le transducteur  :

Définition de L’immobilisation

la technique utilisée pour la fixation physique ou chimique de

cellules, organites, enzymes ou autres protéines (par exemple
des anticorps monoclonaux) sur un support solide, dans une
matrice solide ou retenue par une membrane, afin
d'augmenter leur stabilité et de rendre leur répétition
possible ou utilisation continue La réticulation : -La liaison par réticulation : type
d’immobilisation au cours duquel les protéines (enzymes,
Le choix de la technique d'immobilisation dépend:
protéines membranaires dans le cas de cellules entières…) sont
• Des conditions d'utilisation du capteur
liées entre elles par des liaisons covalentes au moyen d’agents
• La nature du ligand biologique
de réticulation (ex. glutaraldéhyde).
• Le type de transducteur utilisé
-Les biorécepteurs immobilisés par réticulation peuvent être
• Les propriétés physico-chimiquue de l’analyte
préparés par 2 moyens différents:
Plusieurs modes d’immobilisation de l’élément biologique
1.La réticulation des molécules d’enzyme sur le glutaraldéhyde
peuvent être envisagés.
(formation d’agrégats insolubles).
Les différentes méthodes d’immobilisation 2. L’adsorption des enzymes sur la surface est accompagnée
par une réticulation.
Plusieurs modes d’immobilisation de l’élément biologique
peuvent être envisagés notamment: • Il existe deux méthodes de réticulation, soit les enzymes sont
• L’adsorption (Adsorption) reliées entre elles par des agents réticulant de façon directe,
• Le greffage/ couplage covalent (Covalent bond) soit en plus de l’agent réticulant une protéine
• La réticulation (Crosslinking) inerte peut être utilisée afin de faciliter ou améliorer la
• L'inclusion ou piégeage (Entrapment) réticulation, on parle alors de co-réticulation.
• L’encapsulation (Encapsulation)
• Les enzymes, après avoir été adsorbées sur un support, sont
Et autres:
mises en contact avec un agent réticulant afin de donner un
• La méthode Langmuir-Blodgett
réseau enzymatique tridimensionnel et qui contrairement à
l’enzyme seule est insoluble

Adsorption : • L'adsorption est due à des interactions de

type ionique, hydrophobe ou encore aux liaisons hydrogène
entre l'enzyme et la surface du transducteur.
• Cette technique permet une immobilisation simple.
• Toutefois les enzymes ainsi immobilisés peuvent facilement
se désorber sous l'action du pH ou de la force ionique.
• La stabilité et la durée d'utilisation des biocapteurs ainsi
obtenus se trouvent diminuées.
• Malgré la simplicité de mise en œuvre de cette technique
d'immobilisation, elle demeure peu utilisée pour la
conception des biocapteurs.

Couplage Covalent : -Le couplage covalent d'enzyme sur un

transducteur nécessite la présence d'un groupement
fonctionnel sur la surface de celui-ci. Ces groupements sont Micro-encapsulation : Micro-encapsulation La micro-
en général -COOH, -NH2, -OH ou -SH; ils sont peu réactifs encapsulation consiste au confinement du bio-récepteur à
chimiquement et il convient de les activer pour qu'ils l'intérieur d'une sphère creuse semi-perméable de diamètre
réagissent dans des conditions douces avec des groupements d'une dizaine de microns dont la paroi est faite d'un
fonctionnels de l'enzyme,
polymère. piégeage du bio-récepteur sur le transducteur à
-Le principe de cette méthode d’immobilisation est de faire l’aide d’une membraneinerte
réagir le groupement fonctionnel libre de l’enzyme avec un
groupement fonctionnel du réactif
Inclusion dans un gel :• Un gel polymérique est préparé dans
une solution contenant la matière biologique.
• Le bio-récepteur (souvent enzyme) est ainsi emprisonné
dans la matrice du gel (polyacrylamide …).
• Toutefois cette technique est parfois limitée par la taille des
pores du gel qui favorise le relargage des enzymes de faible
poids moléculaire.
• Dans cette méthode, l'activité de l'enzyme est dépendante
de microenvironnement local de l'enzyme immobilisée (pH,
force ionique

Caractéristique d’un biocapteur

• La sélectivité
• Précision
• Répétabilité
• Limite de détection
• La sensibilité
• Le temps de réponse
Les avantages
• Un dispositif électronique
• Dimension (compact /petit )
• Il peuvent être intégrés implémenté
• Mesure rapide
• Temps de réponse rapide
• Mesurer l’analyte d’un mélange complexe
• Aucune préparation préalable