Le peroxyde d’hydrogène (H2O2) est un sous-produit omniprésent de nombreuses réactions biochimiques catalysées par des enzymes, notamment celles médiées par le lactate oxydase, le glutamate oxydase et le glucoseoxydase 1. Sa présence omniprésente dans un large éventail de processus physiologiques et pathologiques 2,3,4 en fait une biomolécule essentielle pour comprendre la santé humaine et les états pathologiques. Par conséquent, une détection précise deH2O2 à des concentrations ultra-basses est essentielle pour obtenir des informations précises sur les conditions corporelles, suscitant un intérêt significatif parmi les chercheurs pour le développement de méthodologies de détection sensibles avec une limite de détection basse (LOD).
Les méthodes traditionnelles de détection de H2O2 5,6, telles que la spectroscopie, la chromatographie et la chimiluminescence, ont posé les bases de l’analyse quantitative mais souffrent de limitations inhérentes qui entravent leur large applicabilité. Ces techniques reposent généralement sur des instruments volumineux et coûteux et nécessitent une expertise professionnelle spécialisée, ce qui les rend peu pratiques pour des situations de détection sur site, portables ou au point de soins. Ainsi, il existe un besoin urgent de technologies alternatives de détection qui combinent une grande sensibilité avec la miniaturisation, un faible coût et une facilité d’utilisation.
Avec l’avancement des micro-nanotechnologies, les transistors électrochimiques organiques (OECT) se sont imposés comme une plateforme prometteuse pour les applications de biodétection, grâce à leurs avantages inhérents, notamment la miniaturisation, la faible tension de fonctionnement, l’excellente capacité d’amplification du signal etla biocompatibilité 7,8,9. Les capteurs basés sur l’OECT ont été de plus en plus explorés pour la détection de l’H2O2, avec un accent principal sur la modification des matériauxsensibles à l’H2 O 2 sur des microélectrodes afin d’améliorer la sensibilité à la détection. Par exemple, Cicoira et al.10 ont construit un capteur H2O2 basé sur l’OECT, avec une plage de détection linéaire de 5 μM à 103 μM et un faible LOD de 5 μM lorsque le Pt était utilisé comme matériau source, drain et vanne. Guo et al.11 ont fabriqué un OECT sur un substrat flexible en poly (térephtalate d’éthylène)(PET) et un support de transpuits. L’appareil utilisait une électrode en pâte de carbone sérigraphiée modifiée avec des nanotubes de carbone et des nanoparticules Pt comme électrode de grille, ainsi que PEDOT : PSS comme matériau du canal, présentant une plage de détection linéaire de 0,5 à 100 μM et un LOD de 0,2 μM pour H2O 2. Qi et al.12 ont rapporté un OECT polymère mono-conducteur ionico-électronique mixte ambipolaire ambipolaire de type « d-A », qui présentait une plage de détection linéaire de 0,001 à 100 μM et un LOD de 1 nM pour H2O 2. Le capteur H2O2 mentionné précédemment a atteint un faible LOD principalement en fonction du potentiel de Nernst généré par l’électrode de grille à base de Pt catalysant H2O2, qui pouvait réguler l’état électrochimique (de) de dopage de la couche du canal pour exploiter l’excellente capacité d’amplification du signal. Ainsi, des études antérieures dans ce domaine ont établi une base théorique et expérimentale solide pour une optimisation ultérieure.
L’objectif principal de cette étude est de développerun capteur H2O2 hautement contrôlable et sensible basé sur l’OECT en exploitant davantage le potentiel de Nernst, un mécanisme clé sous-jaune à la performance des capteurs électrochimiques. Pour y parvenir, nous proposons un mécanisme synergique du potentielde Nernst 13, qui repose sur une réaction en cascade impliquant deux composants clés : des électrodes de grille à base de PT qui électrocatalysent H2O2, et une couche de canal semi-conducteur empilée (PEDOT : BTB/PEDOT : PSS) qui interagit avec les ions hydrogène générés comme sous-produit de H2O2 catalyse. Cette conception repose sur des recherches établies : le bleu de bromothymol (BTB), un indicateur chimique bien connu pour les acides faibles etles bases 14, a été intégré avec succès avec PEDOT (sous le nom PEDOT : BTB) sur la porte OECT ou la couche de canal pour la détection du pH dans des études antérieures, validant la faisabilité de la réaction en cascade centrale de notre approche.
Comparée aux méthodes alternatives de détection H₂O₂ basées sur l’OECT, notre stratégie synergique du potentiel Nernst offre des avantages distincts. Contrairement aux conceptions conventionnelles qui reposent uniquement sur l’activité catalytique des électrodes de grille à base de PT pour générer le potentiel de Nernst, notre approche améliore la contrôlabilité en couplant ce processus catalytique au comportement réactif au pH de la couche de canaux empilés. Cette synergie améliore non seulement la sensibilité du capteur, mais renforce également sa stabilité et sa réglage, en répondant aux principales limites des capteurs existants basés sur l’OECT. De plus, cette technique s’inscrit dans la tendance plus large de la biodétection basée sur l’OECT, qui met l’accent sur l’intégration de matériaux fonctionnels et de mécanismes de réaction innovants pour repousser les limites de la performance de détection.
Dans le contexte de la littérature plus large sur la détectionélectrochimique 15,16,17,18,19,20,21, les OECT sont devenus une pierre angulaire de la biodétection portable en raison de leur capacité à amplifier de faibles signaux électrochimiques, ce qui les rend idéaux pour la détection d’analytes à faible concentration. Notre travail s’appuie sur cette base en affinant le mécanisme Nernst piloté par le potentiel, offrant une nouvelle perspective sur la manière d’optimiser la performance de l’OECT pour la détection de H2O 2. Pour les lecteurs qui envisagent l’applicabilité de cette méthode, notre conception convient particulièrement bien aux scénarios nécessitant une grande sensibilité, portabilité et contrôlabilité, tels que les diagnostics au point de soins, la surveillance in vitro et l’analyse d’échantillons environnementaux ou biologiques sur site, où les méthodes traditionnelles sont impraticables. En clarifiant le cadre conceptuel et les avantages de notre approche, cette introduction fournit aux lecteurs le contexte nécessaire pour évaluer si cette méthode correspond à leurs besoins spécifiques d’application.