Des « nageurs » analytiques à l’ECL 3D
L’électrochimiluminescence : une méthode de choix pour la bioanalyse

L’électrochimiluminescence (ECL) ou chimiluminescence électrogénérée est un phénomène d’émission de lumière déclenché par une réaction électrochimique initiale. Cette réaction de transfert d’électrons se produisant directement à la surface d’une électrode induit une cascade de réactions chimiques. Une espèce appelée « coréactif » telle que, par exemple, la tri-n-propylamine (TPrA) va porter le luminophore à l’état excité, celui-ci étant le plus souvent le complexe de ruthénium(II) tris-bipyridine $\left(Ru{\left(bpy\right)}_3^{2\text{+}}\right)$ . Lors du retour à l’état fondamental, le luminophore émet un photon à une longueur d’onde caractéristique. L’intensité lumineuse résultante constitue le signal analytique qui est directement proportionnel au nombre de luminophores présents.

Cette forme d’émission lumineuse a trouvé de nombreuses applications bioanalytiques du fait de ses caractéristiques intrinsèques remarquables, qui en font une méthode puissante et performante. En effet, aucune source lumineuse excitatrice n’est nécessaire pour induire l’ECL et elle ne nécessite donc pas de séparer les longueurs d’onde excitatrice et émettrice, comme pour la fluorescence. De ce fait, le bruit de fond correspond quasiment à celui du photodétecteur et il est donc extrêmement faible. L’ECL est par conséquent une méthode de mesure particulièrement sensible. Par ailleurs, l’ECL présente d’autres avantages supplémentaires : une grande linéarité du signal sur plusieurs ordres de grandeur, une bonne sélectivité, une stabilité importante du luminophore et une génération in situ des réactifs en milieu physiologique. De plus, les complexes inorganiques induisant l’ECL peuvent être facilement conjugués à des molécules d’intérêt biologique telles que les anticorps, l’ADN ou l’ARN. Le luminophore est ainsi classiquement utilisé comme marqueur pour le diagnostic médical. Plus de 150 immunotests basés sur l’ECL sont actuellement commercialisés, principalement par deux sociétés : Roche Diagnostics et MesoscaleDiscovery. Ces immunotests sont utilisés pour le diagnostic de pathologies variées allant de maladies cardiaques ou infectieuses aux dysfonctionnements thyroïdiens, ou encore pour la détection de marqueurs tumoraux. D’après le Business Overview Report de la société Roche Diagnostics qui est leader du diagnostic par ECL, plus de 1,3 milliard d’immunodosages basés sur la technologie ECL ont été commercialisés par cette société en 2013. Il est donc essentiel de comprendre parfaitement les mécanismes réactionnels mis en jeu afin d’être en mesure d’améliorer les performances analytiques et également de proposer de nouvelles méthodes de mesure basées sur l’ECL. Cet article s’attache à présenter comment l’étude détaillée des mécanismes ECL mis en jeu dans ces immunodosages est réalisée en utilisant des approches originales d’imagerie. Cela donne la possibilité, d’une part, de comprendre certaines limitations de cette méthode. D’autre part, cette compréhension fine de l’ECL permet de contourner ces limitations et de développer des stratégies analytiques originales pour la bioanalyse, notamment en couplant l’ECL avec l’électrochimie bipolaire.