Caractérisation d'électrodes en papier pour la détection de la chimie fine du cerveau

La détection de neurotransmetteurs est un des outils essentiels des domaines de recherche en neurosciences. Dans le but de mieux comprendre les mécanismes cérébraux, l’étude des neurotransmetteurs, des molécules permettant la communication entre les composantes du système nerveux, est indispensable. Parmi ceux-ci, la dopamine (DA) est un neurotransmetteur important dont le rôle est encore largement inconnu. De plus, son implication dans les mécanismes d’apprentissage et de dépendance en fait une cible pharmacologique, ce qui motive la mise au point de méthodes de détection et de mesure. La détection de DA avec des techniques d’électrochimie analytique est une méthode étudiée et appliquée dans le domaine afin d’établir des schémas de variations spatiales et temporelles des concentrations de DA. Ce travail met en relation la volonté d’utiliser de nouvelles technologies de détection de la DA en développant des électrodes en papier optimisées pour l’électroanalyse de la DA. Le projet est inspiré d’un article présentant une électrode en papier trempée 3 fois dans une encre de polymère organique, le poly(3,4 ethylenedioxythiophene) : polystyrène sulfonate (PEDOT :PSS). Les résultats de cette méthode démontrent qu’il est possible de détecter de la DA avec des dispositifs de papier par voltammétrie cyclique afin d’obtenir des courbes présentant des pics d’oxydation et de réduction qui sont propres aux espèces. Le papier est un matériau utilisé comme substrat pour la détection analytique de molécules biologiques depuis le début des années 2000. De faible coût, le papier a plusieurs avantages : il est de composition chimique simple, peut absorber des liquides par capillarité et a une structure en 3 dimensions, ce qui permet de faire des systèmes d’analyses 3D, avec de plus grandes surfaces de contact. Le papier utilisé dans ce projet est le papier filtre Whatman 1. Afin de rendre le papier conducteur, il est enduit par trempage dans différentes encres conductrices. Pour améliorer les performances de détection, mais également la résistance à l’encrassement de l’électrode (effet fouling) produit par l’oxydation de DA lors de la détection, des encres à base de nanotubes de carbone (CNT) ont été utilisées dans ce projet. En effet, les microélectrodes de carbone sont bien connues dans le domaine de l’analyse électrochimique de neurotransmetteurs, un outil à base de carbone qui est toujours utilisé. Les résultats mettent en évidence que le choix de l’encre déposée sur le papier impacte les propriétés électriques de celui-ci. Selon les résultats, l’encre de PEDOT :PSS a un comportement très capacitif lorsque déposé sur le papier, on obtient ainsi des voltammogrammes avec plus d’amplitude de signal, mais plus bruités également. L’encre de CNT est quant à elle plus résistive sur le papier. Le bruit est réduit et l’amplitude du signal global est plus faible. Cependant, l’utilisation de mélanges d’encres PEDOT :PSS et CNT améliore les voltammogrammes. Il y a un meilleur ratio signal/bruit, mais également une meilleure représentation thermodynamique de la réaction d’oxydoréduction de l’espèce évaluée. En ajoutant des solvants organiques pour pousser les performances de l’électrode, une technique souvent utilisée pour améliorer les électrodes, cela permet de bonifier encore les performances des électrodes de papier. La résistance des électrodes au fouling induit par la DA a été évaluée. Les électrodes contenant des CNT résistent mieux au fouling. Également, les électrodes fabriquées avec des CNT permettent de détecter de façon stable de plus petites concentrations de DA, soit un ordre de grandeur plus faible que pour les électrodes préparées sans CNT. Également, puisque plus résistantes au fouling, les électrodes faites avec des CNT peuvent détecter des concentrations élevées de DA sans subir des effets de fouling, ce qui permet d’obtenir pour ces électrodes des courbes étalons couvrant une plus grande gamme de concentrations. Ce projet démontre donc que les mélanges d’encres PEDOT :PSS et CNT permettent d’ajuster les propriétés des électrodes afin d’optimiser leur performance de détection de DA, de résistance au fouling et de limite de détection de DA.