Cette thèse décrit le développement de capteurs à fibre optique hautement sélectifs, utilisant des polymères à empreintes moléculaires (MIPs, de l’anglais molecularly imprinted polymers) comme éléments de reconnaissance, et se basant sur la fluorescence pour la détection. Nous avons étendu l’étude à d’autres types de capteurs et de méthodes de détection optiques, toujours basés sur les MIPs. Les MIPs sont des récepteurs synthétiques biomimétiques possédant des cavités spécifiques pour une molécule cible. Produits par un processus de moulage à l’échelle moléculaire, les MIPs sont capables de reconnaître et de se lier à leurs molécules cibles, avec des spécificités et affinités comparables aux récepteurs naturels. De plus, comparé aux récepteurs biologiques, les MIPs sont plus stables, moins chers et plus faciles à intégrer dans les procédés standard industriels de fabrication. Ainsi, les MIPs apparaissent comme une alternative intéressante aux biomolécules entant qu’éléments de reconnaissance dans les biocapteurs. Dans la première partie de la thèse (Chapitre 2), les MIPs ont été synthétisés en tant que micropointe à l’extrémité d’une fibre optique, par polymérisation in-situ induite par un laser en seulement quelques secondes. Les paramètres photoniques et physico-chimiques ont été optimisés pour moduler les propriétés des micro-objets de polymères. Des nanoparticules d’or ont été incorporées dans la micropointe de MIP afin d’induire une exaltation du signal. Afin de prouver l’efficacité de notre capteur, les études initiales ont été réalisées avec un MIP synthétisé avec le Ncarbobenzyloxy- L-phenylalanine (Z-L-Phe) comme template et le dérivé d’acide aminé fluorescentdansyl-L-phenylalanine, comme analyte. La fluorescence a été collectée de l’extérieur au niveau de la micropointe par une fibre optique connectée à un spectrofluorimètre, ou par collection du signal fluorescent ré-émis dans l’un des bras d’une fibre bifurquée en Y. L’analyse fluorescent a pu être détecté à des concentrations de l’ordre du nM. Afin de quantifier les analytes non fluorescents, un monomère fluorescent, possédant un groupe naphthalimide, a été incorporé dans le MIP ; celui-çidéployant une augmentation de la fluorescence quand l’analyte se lie. Utilisant ce système avec un MIP spécifique pour l’herbicide 2,4-D (acide 2,4-dichlorophénoxyacétique), des concentrations aussi basses que 2,5 nM en 2,4-D ont pu être mesurées. Le capteur MIP a également été appliqué à des analytes d’intérêt pour la sécurité alimentaire et le domaine nanostructurées. Cette étude pose les bases pour le développement futur de nanocapteurs et de Dans la dernière partie (Chapitre 4), une méthode d’analyse novatrice, basée sur l’utilisation des MIPs et l’analyse par polarisation de fluorescence, a été développée en vue de permettre la quantification directe et rapide d’analytes dans des échantillons alimentaires et environnementaux. Cette technique a été appliquée avec succès pour détecter des antibiotiques fluoroquinolones dans l’eau du robinet et le lait, en-dessous de leur limite maximale de résidus. En conclusion, nous pouvons dire que ce travail ouvre la voie vers l'application d'une nouvelle génération de capteurs optiques portables, robustes et miniaturisables basés sur les MIPs, pour des mesures «sur-site » et la quantification en temps réel d’analytes biologiques et environnementaux dans des milieux complexes. / This thesis describes the development of highly selective fiber optic sensors using molecularly imprinted polymers (MIPs) as recognition elements associated with fluorescence for detection. Additionally, we extended the study to the development of other MIP-based optical sensors and sensing methods. MIPs are synthetic biomimetic receptors possessing specific cavities designed for a target molecule. Produced by a templating process at the molecular level, MIPs are capable of recognizingand binding target molecules with selectivities and affinities comparable to those of natural receptors. Compared to biological recognition elements, MIPs are more stable, cheaper and easier to integrate into standard industrial fabrication processes. Hence, MIPs have become interesting alternatives to biomolecules as recognition elements for biosensing. In the first part of this thesis (Chapter 2), MIPs were synthesized by in-situ laser-induced photopolymerization in only a few seconds, as a micrometer-sized tip at the extremity of a telecommunication optical fiber. Photonic and physico-chemical parameters were optimized to tailor the properties of the polymer micro-objects. Gold nanoparticles were incorporated into the MIP microtip for signal enhancement. To prove the efficiency of the sensor, initial studies were performed with a MIP templated with N-carbobenzyloxy-L-phenylalanine (Z-L-Phe) and the fluorescent amino acid derivative dansyl-L-phenylalanine as analyte. The fluorescence was collected either externally at the tip level by an optical fiber connected to a spectrofluorimeter or by collection of the fluorescent signal re-emitted into the fiber through the second arm of a Y-shaped bifurcated fiber. The fluorescent analyte could be detected in the low nM concentrations. In order to monitor nonfluorescent analytes, a naphthalimide-based fluorescent monomer was incorporated into the MIP during its synthesis; fluorescence enhancement was observed when analyte binding occurs. Using this system, the sensor containing a MIP specific for the herbicide 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D), could detect and quantify this analyte at concentrations as low as 2.5 nM. The signaling MIP-based sensor was also applied to analytes of interest for food safety and biomedical applications, such as the mycotoxin citrinin and the sphingolipid, D-erythro-sphingosine-1-phosphate. In the second part of the thesis (Chapter 3), a different type of fiber optic sensor: cheap, fast and made for “single-use”, was developed by using 4-cm long disposable polystyrene evanescent wave optical fiber waveguides. The coating of the MIP was either performed ex-situ, by dip-coating the fiber in a suspension of MIP particles synthesized beforehand, or in-situ by evanescent-wave photopolymerization directly on the fiber. The resulting fiber optic sensor could detect 2,4-D in the low nM range and demonstrated specific and selective recognition of the herbicide over its structural analogues and other non-related carboxyl-containing analytes. Additionally, we demonstrated the versatility of the system by applying the evanescent wave fiber optic sensor to detect citrinin, a mycotoxin, by simply coating the waveguide with a MIP specific for citrinin. This type of technology could possibly be extended to detect other carboxyl-containing analytes, as long as a specific MIP for the concerned analyte is available. In parallel, the technique of evanescent-wave photopolymerization was used for the synthesis of signaling MIP microdots on continuous and nanostructured gold films. This study lays the foundations for future development of plasmonic MIP nanosensors and microchips. In the last part of the thesis (Chapter 4), an innovative sensing method, based on the use of MIPs and analysis by fluorescence polarization, was developed in order to allow the fast and directquantification of analytes in food and environmental samples.

Les biocapteurs sont des moyens d'analyse en plein essor à la fois rapides, sélectifs et peu coûteux, applicables à des domaines très variés (environnement, santé, agroalimentaire…). La capacité de reconnaissance moléculaire extraordinaire de biomolécules telles que les enzymes ou les anticorps a été exploitée avec succès pour la réalisation de nombreux biocapteurs. Cependant, l'inconvénient majeur de ces récepteurs biologiques est qu'ils sont difficiles à produire et fragiles. Une manière de surmonter ces inconvénients consiste à les remplacer par des récepteurs artificiels présentant des propriétés de reconnaissance similaires. Parmi les matériaux biomimétiques prometteurs figurent les polymères à empreintes moléculaires (MIPs). Dans ce travail, nous nous sommes intéressés au développement de deux capteurs biomimétiques impédimétriques, le premier basé sur l'utilisation de poly(éthylène co-alcool vinylique) imprimé pour la détection de la créatinine et le deuxième sur des MIPs de polyméthacrylate pour la détection de la testostérone. Dans le premier cas, le polymère imprimé a été produit et déposé à la surface d'électrodes en or, soit par drop-coating, soit sous forme de nanofibres par la technique d'électrofilage. Dans le deuxième, le MIP a été synthétisé par polymérisation radicalaire de l'acide méthacrylique en présence d'éthylèneglycol diméthacrylate (réticulant), d'initiateur et de testostérone en utilisant la méthode du « grafting from » qui consiste à greffer d'abord l'initiateur sur la surface du transducteur mais pour la polymérisation on a utilisé deux approches (spin-coating d'une solution de prépolymérisation sur la surface du transducteur ou l'immersion de ce dernier dans la solution de monomère plus testostérone) suivie de l'exposition à une source d'energie pour effectuer la polymérisation. Les performances des capteurs (limite de détection, sélectivité, reproductibilité) ont ensuite été évaluées / Biosensors are rapid, selective and low-cost analytical devices of growing interest for a wide range of application fields (e.g. environment, food, health). The extraordinary molecular recognition capabilities of sensing biomolecules such as enzymes and antibodies have been successfully exploited in the elaboration of a number of biosensors. However, these biorecognition elements are often produced via complex and costful protocols and require specific handling conditions because of their poor stability. To circumvent these limitations, artificial receptors of similar recognition properties are now proposed as alternatives to natural receptors in sensor technology. Molecular imprinted polymers are among the most promising biomimetic materials reported. In this work, we developed two impedimetric biomimetic sensors. The first one is based on imprinted poly(ethylene co-vinyl alcohol) for creatinine detection and the second on polymethacrylate MIPs for testosterone analysis. In the first case, MIP was produced and deposited onto gold microelectrodes, either by spin-coating of a pre-polymerization solution, or by electrospinning. In the second case, MIPs were synthetized by photopolymerization of methacrylic acid in presence of ethyleneglycoldimethacrylate (cross-linker), an azo-initiator and testosterone as template using the “grafting from” method in which the initiator is first attached to the transducer surface but to effect polymerization we used two different approaches (dip-coating of a prepolymerization solution on the transducer surface functionalized with the initiator or immersing it in the solution of monomers and testosterone) followed by exposure to an energy source to effect polymerization. Then, analytical performances (linear range, detection limit, selectivity and reproducibility) of both creatinine and testosterone sensors were determined and compared