Développement d'une méthode de fonctionnalisation de polymère conducteur (PEDOT:PSS) pour le greffage de protéines

Les polymères conducteurs sont très utilisés dans le domaine de la bioélectronique. Il existe donc un besoin de développer de nouvelles méthodes pour intégrer la composante biologique à ces dispositifs électroniques. Plusieurs méthodes de modification de polymères conducteurs basées sur le greffage covalent de molécules biologiques induisent une diminution problématique de la conductivité. Notre objectif est de développer une méthode de greffage covalent de protéines sans influencer la conductivité et la stabilité du polymère conducteur commercial le plus utilisé, à savoir, le PEDOT:PSS. Pour atteindre cet objectif, nous avons employé la stratégie suivante: les couches minces de PEDOT:PSS on été fabriquées par l'enduction centrifuge; la conductivité a été évaluée en utilisant la méthode des quatre pointes et la profilométrie; la caractérisation du greffage d'une protéine modèle (anticorps) a été réalisée par ELISA. Le greffage des anticorps a été effectué via les groupements carboxyles du dextrane carboxymethylé 500 kDa (CMD), préalablement incorporé au film du PEDOT:PSS en concentration 0,1 % (w/v). L'agent que nous avons employé pour augmenter la conductivité du film (glycérol) a eu une influence négative sur l'efficacité de ce greffage. Un pontage covalent (cross-linking) avec du glycidoxypropyltrimethoxysilane (GOPS) a été proposé pour augmenter la stabilité du film et limiter l'effet négatif du glycérol. Le GOPS a permis d'améliorer drastiquement la stabilité du film de PEDOT:PSS/DCM sans pertes importants en conductivité. L'épaisseur des couches minces (150±10 nm) était stable lorsque plongées dans diverses solutions aqueuses (pH 5-7). Après la stabilisation des films, une concentration de 2% v/v du glycérol, notre condition optimale, a permis d'assurer un greffage efficace avec un bon niveau de conductivité (anviron 200 S cm-1). Finalement, le greffage covalent de molécules biologiques à la surface d'un film de polymère conducteur sans diminution importante en conductivité a été rendu possible par l'ajout de petites concentrations de DCM dans le film de PEDOT:PSS stabilisé par le GOPS (1% v/v). Les résultats obtenus ont le potentiel d'être utilisés pour développer un substrat d'immobilisation d'une composante biologique de biocapteur, ainsi que de créer un substrat fonctionnalisé avec des molécules bioactives pour y cultiver des cellules avec une possible stimulation électrique.

Abstract

The fact that conducting polymers have better biocompatibility than traditional conducting materials made them very popular in bioelectronics. That's why integration of biological compound in the structure of devices based on conducting polymer is important. Various methodes of conducting polymer fonctionnalisation were developped. Some of them can provoke conductivity decrease. Our objectif was a creation of simple approach for protein covalent grafting on conducting polymer films (PEDOT:PSS) without influence on the stability and conductivity of the fonctionnalised material. By mixing a commercial PEDOT:PSS suspension with the modified biopolymer carboxymethylated dextran (CMD), we obtained films displaying carboxyl (–COOH) groups allowing for covalent grafting of proteins via amide bonds. By fine-tuning the concentration of CMD (500 kDa) as well as those of a conductivity enhancer (glycerol) and a crosslinking agent (glycidoxypropyltrimethoxysilane, GOPS) in the film processing mixture, we were able to produce COOH-functionalized PEDOT:PSS films displaying excellent electrical conductivity and high stability in aqueous environment. The thichness of the GOPS-stabilised PEDOT:PSS/DCM films (150±10 nm) was stable after a long-term immersion in aqueuse buffered media (pH 5-7). Also we state that conductivity enhancer had some negative impact on the protein grafting efficiency. Finally, the glycerol in the concentration of 2% v/v was accepted as optimum condition which can provide high antybody grafting efficiency in combination with a film conductivity of about 200 S cm-1. In the future our biofunctionalized PEDOT:PSS films can be incorporated into bioelectronic devices such as biosensors based on organic electrochemical transistors, implantable electrodes for in vivo stimulation and recording, and smart devices for cell culture and stimulation.