Thèse Complexes de Ruthénium et d'Iridium des Sondes Fluorescentes Prometteuses pour la Détection de la Fraîcheur des Aliments H/F Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Toulouse École doctorale : SDM - SCIENCES DE LA MATIERE - Toulouse Laboratoire de recherche : LCC - Laboratoire de Chimie de Coordination Direction de la thèse : Eric BENOIST ORCID 0000000307649024 Début de la thèse : 2027-09-01 Date limite de candidature : 2026-11-23T23:59:59 Contexte :
En 2019, l'Organisation mondiale de la santé a indiqué que la contamination d'origine alimentaire causait plus de 400 000 décès chaque année, avec environ 600 millions de cas de maladie résultant de la consommation d'aliments avariés. Par conséquent, l'altération des aliments représente un risque important pour la santé humaine et, afin de réduire les pertes économiques et les risques sanitaires, il est essentiel de détecter cette altération rapidement et avec précision.
La détérioration des aliments causée par le métabolisme microbien entraîne la formation d'amines biogènes, de sulfure d'hydrogène (HS) et des variations de pH, qui constituent des biomarqueurs clés pour évaluer la fraîcheur de la viande et des produits de la mer. Bien que les capteurs fluorescents organiques se soient révélés efficaces pour évaluer la fraîcheur des aliments, leur sensibilité aux rayons UV et leur photodégradation limitent leur utilisation commerciale à grande échelle.

Pour pallier cette lacune, nous proposons l'utilisation de complexes métalliques fluorescents à base de ruthénium et d'iridium, qui offrent une photostabilité et une sensibilité élevées, des propriétés de fluorescence adaptées, ainsi que la capacité de cibler simultanément plusieurs marqueurs d'altération, tels que les amines biogènes ou le HS. Utilisés comme sondes moléculaires ou sous forme d'hydrogel, ils permettront une évaluation non destructive et en temps réel de la fraîcheur d'échantillons alimentaires via l'analyse d'images RVB à l'aide d'un smartphone.

Consortium :
Cette collaboration internationale entre l'équipe O du LCC de Toulouse et le laboratoire du Dr J. Wang, Assistant-Professor à l'université de Ningbo, repose sur une approche multidisciplinaire et complémentaire, alliant des compétences en chimie de coordination, chimie physique, spectrochimie et analyse d'images.

Stratégie :
L'utilisation de sondes à base de complexes métalliques de ruthénium ou d'iridium repose sur leur photostabilité et leurs propriétés de fluorescence exceptionnelles, parfaitement adaptées à ce type de détection. L'expertise de l'équipe du professeur Heinz Gornitzka (que le professeur E. Benoist a récemment rejoint) permettra de mettre en oeuvre une approche originale et disruptive en concevant des complexes de ruthénium ou d'iridium stabilisés par des ligands de type carbène fonctionnalisés par des groupes tels que la coumarine ou le dicyanovinyle, l'éther 2,4-dinitrophénylique et des sites azotés protonables, qui, selon les conditions d'irradiation, peuvent permettre la détection simultanée de plusieurs composés volatils tels que les amines biogéniques ou le HS.
L'expertise de l'équipe du Dr J. Wang en spectroscopie permettra de sélectionner 2 à 3 sondes à base de complexes de ruthénium et d'iridium hautement performantes, de fabriquer des capteurs moléculaires ou à base d'hydrogel pour la détection visuelle des marqueurs d'altération alimentaire, et de développer une plateforme de détection portable compatible avec les smartphones pour les produits de la mer et la viande.

Résultats attendus :
L'objectif est donc de développer une famille de composés pouvant être produits relativement facilement et capables d'assurer la détection ratiométrique d'un ou deux marqueurs de dégradation, à l'aide d'une technologie transposable à l'échelle industrielle (appareils portables). This project aims to develop probes based on covalently modified ruthenium complexes that are sensitive to biogenic acids (BA), H2S and pH. A systematic characterisation of the structural and biophysical properties will enable the identification of the key physicochemical characteristics associated with the detection of these volatile species.
Validation studies on fresh food will determine the effectiveness of our metal architectures (either on their own or in the form of a biofilm). The most promising candidates may be optimised to enable not only rapid and precise detection of volatile compounds but also quantification of their concentration.
The results will be disseminated through publications in leading peer-reviewed journals and presentations at international conferences (or even beforehand through the filing of patents if the results allow for future industrial exploitation). The aim is to enable the non-destructive assessment of the freshness of food samples in real time. This research will pave the way for new molecular strategies for the rapid monitoring of food safety.
To achieve this objective, a rational approach will be adopted:
1- Develop a library of multi-target ruthenium and iridium complexes (containing recognition motifs targeting biogenic acids, H2S and pH) using a customised synthesis strategy (involving the use of carbene-type chelating agents)
2- Study the physicochemical properties of the compounds and identify the most promising candidates by evaluating detection performance in solution (detection limit, selectivity, response time, resistance to interference) and selecting the optimal probes.
3- Manufacture hydrogel-based detection labels and establish a smartphone-assisted quantitative RGB protocol.
4- Monitor the freshness of prawns (and pork) stored at 4 °C and 25 °C. Compare the results with the national TVB-N standard test to verify feasibility.
5- Establish structure-activity relationships to identify the most effective compounds for the early and quantitative detection of volatile compounds (biogenic amines, HS). This project, bringing together two complementary research teams, will be developed systematically through a series of iterative cycles involving the design and physicochemical characterisation of metal probes, and studies of their detection potential using living models (initially prawns).

The PhD student, under a joint supervision agreement, will spend 1.5 years at each university in six-month periods. This will enable them, over the first two years, to design multi-target metal probes at the University of Toulouse and carry out their initial physico-chemical characterisation, before continuing at Ningbo University with a comprehensive spectroscopic study, accompanied by fresh food testing and the development of smartphone-based detection of volatile compounds.
The third year will focus on the most promising candidates in order to optimise the structure-activity relationships with a view to progressing to industrial development.