Electrochemiluminescent imaging of individual objects

La combinaison de l'électrochimiluminescence (ECL) et de l'électrochimie bipolaire (BP) a ouvert de nouvelles possibilités pour le développement de technologies analytiques avancées. L'ECL, basée sur l'émission de lumière induite par des réactions redox hautement exergoniques, s'est imposée comme un outil sensible et polyvalent pour la détection optique. De son côté, la BP permet l'activation à distance d'électrodes sans nécessiter de connexions électriques directes, ce qui simplifie la conception et favorise la miniaturisation des systèmes électrochimiques. L'intégration de ces deux techniques a donné naissance à des plateformes BP-ECL, capables de générer des signaux optiques à distance, avec une grande précision et une grande efficacité, ce qui élargit considérablement leur applicabilité dans des contextes tels que la biochimie, l'analyse environnementale et le diagnostic portable. Ce travail étudie la synergie entre l'ECL et la BP, en explorant ses fondements théoriques et en appliquant ces principes à la conception de systèmes expérimentaux avancés. Dans un premier temps, il aborde les mécanismes de base de la génération d'ECL par des voies dites d'annihilation et par l’utilisation de co-réactifs, ainsi que les critères physiques et électrochimiques qui permettent à un matériau conducteur d'être utilisé comme une électrode bipolaire (BPE). À partir de cette base, des configurations expérimentales ont été développées pour étudier les systèmes statiques BP-ECL, en évaluant comment la disposition spatiale des électrodes bipolaires influence l'intensité et la distribution de l'émission ECL suivant la voie d'annihilation. En particulier, il a été démontré que la disposition face à face de deux BPEs permet de promouvoir efficacement l'ECL, en favorisant le transport d'espèces redox entre les pôles et en renforçant la réponse optique du système. Par la suite, la rotation des électrodes bipolaires a été intégrée comme stratégie pour étudier les effets hydrodynamiques sur l'ECL par la voie du co-réactif sacrificiel. À l'aide d'un disque bipolaire rotatif (RDBPE), des motifs d'émission lumineuse inhabituels ont été observés, tels que des structures en forme de "croissant" ou d'anneaux dont le motif d'émission dépend à la fois de l'intensité du champ électrique appliqué, de la vitesse de rotation et de la stoechiométrie des réactifs ECL. En outre, l'étude de l'effet de la rotation a été étendue à l'exploration de la génération d'ECL par mécanisme d'annihilation en polarisant le RDBPE après avoir appliqué un courant alternatif sur les électrodes sources, ce qui a permis de moduler non seulement l'intensité, mais aussi la symétrie spatiale de l'ECL, offrant ainsi un contrôle dynamique de l'émission en temps réel. D'autre part, l'une des avancées les plus importantes a été le développement d'un rotor 2D en graphène entraîné par des effets magnétohydrodynamiques, capable de générer efficacement l’ECL avec des profils ajustables. Ce système intègre le contrôle chimique, électrique et mécanique dans une seule plateforme. Enfin, une stratégie de BPE endogène, basée sur des réactions redox spontanées, a été présentée, permettant d'induire l'ECL sans source d'énergie externe, démontrant ainsi la viabilité de dispositifs entièrement autonomes avec émission lumineuse multicolore. Dans l'ensemble, les concepts et les résultats présentés dans ce travail ont non seulement permis d’approfondir la combinaison entre BP et ECL, mais ils montrent également l'importance de leur étude pour le développement d'applications potentielles, allant du développement de capteurs à des systèmes de réponse optique intelligente.