Electrochemiluminescence at different scales : From new fundamental properties to surface-confined microscopy

L’électrochimiluminescence (ECL) est un phénomène d’émission de lumière obtenue suite à la génération d’espèces très réactives à l’électrode. Ces dernières vont subir une série de réactions de transfert d’électrons qui conduisent à la formation d’un état excité qui mène à l’émission finale de photons. La première partie de mon travail de thèse a porté sur l’étude de deux systèmes supramoléculaires. Les performances ECL d’un dérivé du spirofluorène et de trois composés modifiés avec un truxène comme partie centrale sont examinées. L’étude d’un deuxième système supramoléculaire, [18]-C-6bispyréne, a permis de démontrer une nouvelle propriété de l’ECL, maintenant capable de distinguer entre deux énantiomères, grâce à la détection du niveau de polarisation de l’émission ECL résultante. La combinaison entre ECL et systèmes confinés est présentée dans la deuxième partie de ma thèse. L’amplification du signal ECL par annihilation a été possible grâce à l’emploi d’un dispositif comprenant deux électrodes séparées par une distance de 100 nm. De plus, l’imagerie ECL a été utilisée pour mettre en évidence l’amélioration des performances de l’ECL bipolaire en utilisant une configuration comprenant un micropore planaire de 20 µm de long. Enfin, une nouvelle microscopie basée sur l’ECL a été développée. En perméabilisant la membrane cellulaire, l’ensemble de la cellule est visualisé par ECL. De plus, en se basant sur la distribution de l’émission ECL dans différents plans focaux, nous avons pu démontrer qu’une des caractéristiques fondamentales de cette nouvelle microscopie ECL est d’être confinée à la surface de l’électrode du fait des temps de vie limités des radicaux électro-générés. L’utilisation d’électrodes transparentes de nanotubes de carbone imprimés sur une lamelle de microscope a permis de réaliser l’imagerie ECL de cellules marquées aussi bien en réflexion qu’en transmission.Electrogenerated chemiluminescence (ECL) is a light emission phenomenon initiated by electrochemically generated radical species, which then undergo a series of electron transfer reactions. It leads to the final generation of an excited state that radiatively decays to the ground state. In this work, my goal was to develop fundamental aspects of ECL as well as analytical applications at different scales. In the first part, two supramolecular systems are studied. The ECL performances of spirofluorene derivatives based on trigonal truxene-core structure are investigated, focusing on the role of the different functional groups on the ECL properties. Then a bispyrene scaffold mounted on a constrained polyether macrocycle displaying intense excimer fluorescence has been selected to study the circularly polarized ECL. We show for the first time that ECL can discriminate enantiomers. In the second part of the thesis, annihilation ECL is enhanced by exploiting nanogap amplification. Furthermore, ECL imaging experiments enabled to demonstrate the increase in the performances of a bipolar electrochemistry system by employing a solid-state micropore configuration. Finally, the first steps in the development of a new ECL-based microscopy are presented. Using a unique ECL mechanism, which involves short-lifetime electrogenerated radicals, surface-confinement of ECL microscopy was demonstrated by cellular membranes’ imaging. ECL microscopy applied to cells imaging was further improved by adding a permeabilization step during cells labeling procedure. Disposable transparent carbon nanotube-based electrodes inkjet-printed on classic microscope glass coverslips, were used to image cells in both reflection and transmission configurations