La détection de molécules odorantes et de composés organiques volatils (COV) fait l'objet d'une demande croissante dans divers domaines tels que l’industrie alimentaire, la parfumerie, le diagnostic médical, la surveillance environnementale, etc. Bien que précises et fiables, les méthodes les plus couramment employées - la chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse et les panels de nez humain ou encore des nez de chiens dressés- présentent un certain nombre d'inconvénients notamment en termes de coût et de temps. En réponse à ces contraintes, les nez électroniques (NEs) sont alors apparus comme des outils prometteurs pour l’analyse de COV. Inspirés du nez biologique, ces dispositifs biomimétiques se composent généralement d'un ensemble de capteurs chimiques à réactivité croisée combinés à un système de reconnaissance des formes. Au cours des trois dernières décennies, les nez électroniques ont démontré leur potentiel significatif pour l'analyse des COV dans de nombreux domaines. Toutefois, l'une des principales faiblesses de la plupart des NEs existants est leur sélectivité limitée. Pour répondre à cette problématique, les efforts de recherche se sont multipliés au cours de la dernière décennie pour explorer l'utilisation de matériaux biologiques issu du système olfactif comme matériaux de détection afin d'améliorer les performances des NEs. Dans ce contexte, notre équipe au sein du laboratoire Systèmes Moléculaires et Nanomatériaux pour l'Energie et la Santé (SyMMES, UMR 5819), a conceptualisé un nez bioélectronique utilisant l’imagerie par résonance de plasmons de surface comme technique de transduction et employant de petits peptides comme matériaux de détection. Cette technologie a conduit à la création d'Aryballe, une société qui a réussi à miniaturiser et à commercialiser le dispositif. Ce projet de thèse fait partie du projet ANR OBP-Optinose (ANR-18-CE42-0012) et vise principalement à explorer le potentiel des protéines liant les odorants (OBP) en tant que nouveaux matériaux de détection pour le développement de nez bioélectroniques.
Au cours de la thèse, nous avons utilisé une combinaison d'OBP de type sauvage et d’OBPs lus sélectives, qui ont été conçues et génétiquement modifiées pour avoir des propriétés de liaison spécifiques pour certains COV cibles. Notre approche expérimentale consistait à étudier les divers paramètres susceptibles d’impacter les performances des biocapteurs à base d'OBP pour la détection de COV en phase gazeuse. Ainsi, dans un premier temps, nous avons entrepris une caractérisation complète des couches d'OBP immobilisée en surface. Nous avons commencé par évaluer la stabilité des protéines en phase gazeuse, un élément crucial pour assurer leur activité. Ensuite, nous avons approfondi notre analyse en examinant la densité et l'orientation des OBP après leur dépôt sur la surface d’or de la puce. Car ces facteurs peuvent impacter la sensibilité de notre système. Nous avons également examiné l’impact du glycérol sur les couches d’OBP. En outre, nous avons réalisé des recherches approfondies sur le mécanisme d'hydratation des couches d'OBP qui nous ont permis de mieux comprendre comment les conditions d'humidité influencent la réactivité des biocapteurs. Enfin, nous avons démontré les bonnes performances du nez bioélectronique à base d’OBP en phase gazeuse en termes de sélectivité, stabilité et répétabilité.