Cet article est adapté de la revue "Annales des falsifications, de l'expertise chimique et toxicologique" (n° 987) éditée par la SECF (Société des experts chimistes de France).
23/05/2018
RÉSUMÉ
Les mesures sélectives et sensibles dans des échantillons complexes tels que l’urine ou le sang sont devenues des outils indispensables dans le domaine du diagnostic. Le développement de nouvelles méthodes d’analyse, plus sensibles, dynamiques, à haut débit représente un défi d’une grande importance sociétale. L’électrochimiluminescence - ou ECL - constitue une méthode largement commercialisée pour l’immunodosage. Cet article présente des travaux qui portent, d’une part, sur la compréhension fine des mécanismes de l’ECL mis en jeu et, d’autre part, sur le développement de l’ECL pour la bioanalyse, avec un accent particulier sur le couplage entre l’électrochimie bipolaire et l’ECL.
Electrochemiluminescence : a powerful method for bioanalysis
Selective and sensitive detection in complex samples such as blood or urine is of crucial importance for diagnostics. The development of original high-throughput analytical methods with higher sensitivity represents important challenges that fuel the research activities. Electrochemiluminescence (ECL) is a powerful analytical method which is widely commercialized on the immunoassay market. We present here a few selected complementary studies in this field which are focused on deciphering the ECL mechanism and then on the development of new ECL methodologies for biosensing with a special emphasis on combining bipolar electrochemistry and ECL.
Auteur(s)
Laurent BOUFFIER
: Institut des sciences moléculaires, groupe nanosystèmes analytiques, UMR CNRS 5255, université de Bordeaux, Bordeaux INP, ENSCBP, France
Stéphane ARBAULT
: Institut des sciences moléculaires, groupe nanosystèmes analytiques, UMR CNRS 5255, université de Bordeaux, Bordeaux INP, ENSCBP, France
Alexander KUHN
: Institut des sciences moléculaires, groupe nanosystèmes analytiques, UMR CNRS 5255, université de Bordeaux, Bordeaux INP, ENSCBP, France
Neso SOJIC
: Institut des sciences moléculaires, groupe nanosystèmes analytiques, UMR CNRS 5255, université de Bordeaux, Bordeaux INP, ENSCBP, France
INTRODUCTION
L’électrochimiluminescence (ECL) ou chimiluminescence électrogénérée est un phénomène d’émission de lumière déclenché par une réaction électrochimique initiale. Cette réaction de transfert d’électrons se produisant directement à la surface d’une électrode induit une cascade de réactions chimiques. Une espèce appelée « coréactif » telle que, par exemple, la tri-n-propylamine (TPrA) va porter le luminophore à l’état excité, celui-ci étant le plus souvent le complexe de ruthénium(II) tris-bipyridine
. Lors du retour à l’état fondamental, le luminophore émet un photon à une longueur d’onde caractéristique. L’intensité lumineuse résultante constitue le signal analytique qui est directement proportionnel au nombre de luminophores présents.
Cette forme d’émission lumineuse a trouvé de nombreuses applications bioanalytiques du fait de ses caractéristiques intrinsèques remarquables, qui en font une méthode puissante et performante. En effet, aucune source lumineuse excitatrice n’est nécessaire pour induire l’ECL et elle ne nécessite donc pas de séparer les longueurs d’onde excitatrice et émettrice, comme pour la fluorescence. De ce fait, le bruit de fond correspond quasiment à celui du photodétecteur et il est donc extrêmement faible. L’ECL est par conséquent une méthode de mesure particulièrement sensible. Par ailleurs, l’ECL présente d’autres avantages supplémentaires : une grande linéarité du signal sur plusieurs ordres de grandeur, une bonne sélectivité, une stabilité importante du luminophore et une génération in situ des réactifs en milieu physiologique. De plus, les complexes inorganiques induisant l’ECL peuvent être facilement conjugués à des molécules d’intérêt biologique telles que les anticorps, l’ADN ou l’ARN. Le luminophore est ainsi classiquement utilisé comme marqueur pour le diagnostic médical. Plus de 150 immunotests basés sur l’ECL sont actuellement commercialisés, principalement par deux sociétés : Roche Diagnostics et MesoscaleDiscovery. Ces immunotests sont utilisés pour le diagnostic de pathologies variées allant de maladies cardiaques ou infectieuses aux dysfonctionnements thyroïdiens, ou encore pour la détection de marqueurs tumoraux. D’après le Business Overview Report de la société Roche Diagnostics qui est leader du diagnostic par ECL, plus de 1,3 milliard d’immunodosages basés sur la technologie ECL ont été commercialisés par cette société en 2013. Il est donc essentiel de comprendre parfaitement les mécanismes réactionnels mis en jeu afin d’être en mesure d’améliorer les performances analytiques et également de proposer de nouvelles méthodes de mesure basées sur l’ECL. Cet article s’attache à présenter comment l’étude détaillée des mécanismes ECL mis en jeu dans ces immunodosages est réalisée en utilisant des approches originales d’imagerie. Cela donne la possibilité, d’une part, de comprendre certaines limitations de cette méthode. D’autre part, cette compréhension fine de l’ECL permet de contourner ces limitations et de développer des stratégies analytiques originales pour la bioanalyse, notamment en couplant l’ECL avec l’électrochimie bipolaire.
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YANG (H.), LELAND (J.K.), YOST (D.), MASSEY (R.J.) -
Electrochemiluminescence : A New Diagnostic and Research Tool.
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Nat. Biotechnol, 12, 193-194 (1994).
(3) -
MIAO (W.) -
Electrogenerated Chemiluminescence and Its Biorelated Applications.
-
Chem. Rev. 108 (7), 2506-2553 (2008).
(4) -
DEISS (F.), LAFRATTA (C.N.), SYMER (M.), BLICHARZ (T.M.), SOJIC (N.), WALT (D.R.) -
Multiplexed Sandwich Immunoassays using Electrochemiluminescence Imaging Resolved at the Single Bead Level.
-
J. Am. Chem. Soc., 131, 6088-6089 (2009).
(5) -
MIAO (W.), CHOI (J.-P.), BARD (A.J.) -
Electrogenerated chemiluminescence 69.
-
The tris(2,2-bipyridine)ruthenium(II), (Ru(bpy)3 2+) / tri- n-propylamine (TPrA) system revisited. A new route involving TPrA•+ cation radicals. J. Am. Chem. Soc., 124, 14478-14485 (2002)
. Lors du retour à l’état fondamental, le luminophore émet un photon à une longueur d’onde caractéristique. L’intensité lumineuse résultante constitue le signal analytique qui est directement proportionnel au nombre de luminophores présents.