Nature has always served as a model for mimicking and inspiration to humans in their efforts to improve their life. Researchers have been inspired by nature to produce biomimetic materials with molecular recognition properties by design rather than evolution. Molecular imprinting is one way to prepare such materials. Such smart materials with new functionalities are at the forefront of the development of a relevant number of ongoing and perspective applications ranging from consumer to space industry. Molecularly imprinted polymers were developed by mimicking the natural enzymes or antibodies that serve as host for binding target molecules. These imprints were used as a recognition element to substitute natural biomolecules in biosensors. The concept behind molecular imprinting is to mold a material (with the desired chemical properties) around individual molecules. Upon removal of the molecular templates, one is left with regions in the molded material that fit the shape of the template molecules. Thus, molecular imprinting results in materials that can selectively bind to molecules of interest. Imprinted materials resulted in applications ranging from chemical separation to bioanalytics. In this work attempts were made particularly in the development of molecularly imprinted polymer based thermometric sensors. The main effort was focused towards the development of an covalently imprinted polymer that would be able to selectively bind fructosyl valine (Fru-Val), the N-terminal constituent of hemoglobin A1c ß-chains. Taking into account the known advantages of imprinted polymers, e.g. robustness, thermal and chemical stability, imprinted materials were successfully used as a recognition element in the sensor. One of the serious problems associated with the development of MIP sensors and which lies in the absence of a generic procedure for the transformation of the polymer-template binding event into a detectable signal has been addressed by developing the "thermometric" approach. In general the developed approach gives a new insight on MIP/Analyte interactions. / In dem Bestreben, ihr eigenes Leben zu verbessern, haben die Menschen stets die Natur nachgeahmt und sich von ihr inspirieren lassen. Die Natur hat Forscher zur Erzeugung smarter biomimetischer Stoffe mit molekularen Erkennungseigenschaften nach dem Vorbild der Evolution inspiriert. Eine der Methoden zur Herstellung solcher Substanzen ist das molekulare Prägen. Smarte Materialien mit neuen Eigenschaften stehen an der Spitze der Entwicklung potentieller Anwendungen vom Verbraucher bis hin zur Raumfahrtindustrie. Durch Nachahmung von natürlichen Enzymen oder Antikörpern wurden molekular geprägte Polymere (MIPs) entwickelt, die der Bindung von Zielmolekülen dienen. Diese geprägten Polymere (imprints) wurden anstelle von Biomolekülen als Erkennungselemente in Biosensoren eingesetzt. Das Konzept, das dem molekularen Prägen zugrunde liegt, besteht in der Formung eines Polymers (mit den entsprechenden chemischen Eigenschaften) um einzelne Zielmoleküle herum. Nach Entfernen dieser molekularen Template bleiben Abdrücke im Polymer übrig, die der Form der Templatmoleküle entsprechen. Mit Hilfe des molekularen Prägens kann man also Stoffe herstellen, die sich selektiv an bestimmte Moleküle binden können. Geprägte Polymere finden breite Anwendung, etwa in chemischen Aufreinigungsprozessen und der Bioanalytik. Hauptanliegen der vorliegenden Arbeit war es, thermometrische Sensoren auf der Basis molekular geprägter Polymere zu entwickeln. Die Anstrengungen richteten sich vor allem auf die Entwicklung eines kovalent geprägten Polymers, das in der Lage ist, selektiv Fruktosyl-Valin (Fru-Val), den N-terminalen Bereich von Hämoglobin A1c, zu binden. Aufgrund der bekannten Vorzüge geprägter Polymere – z. B. Robustheit und thermische und chemische Stabilität – wurden geprägte Polymere erfolgreich als Erkennungselement im Sensor angewendet. Eine der größten Herausforderungen bei der Entwicklung von MIP-Sensoren, das Fehlen eines generischen Verfahrens zur Umwandlung der Bindungsreaktion in ein nachweisbares Signal, wurde mit der Entwicklung der thermometrischen Methode in Angriff genommen. Diese Methode führt allgemein zu neuen Einsichten in die Interaktionen zwischen MIP und Analyt.

Ce rapport de thèse présente l’étude de la technologie des empreintes moléculaires pour le développement de polymères spécifiques et sélectifs envers des biomarqueurs urinaires nucléosidiques du cancer colorectal chez l’Homme. L’objectif principal était de développer des polymères à empreintes moléculaires compatibles aux milieux aqueux en utilisant la technique du « dummy template », l’approche non-covalente and la polymérisation radicalaire en masse. Nous nous sommes concentrés principalement sur la qualité des polymères à partir de leur formulation, c’est-à-dire la spécificité et la sélectivité. Cela a été mené de façon empirique d’abord par la production de poudres issues de polymères monolithiques. Ainsi, pour atteindre les objectifs fixés, nous avons exploré le choix de la molécule « template ». Une étude de modèle est présentée au chapitre 3, en utilisant trois nucléosides 2’,3’,5’-peracétylés comme molécule empreinte dans une approche « dummy template ». Ensuite, en s’appuyant sur la connaissance apportée par le chapitre 3, nous avons développé des polymères à empreintes moléculaires (MIPs) sélectifs de la pseudouridine et de la N7-méthylguanosine dans les chapitres 4 et 5, respectivement, en utilisant la 2’,3’,5’-tri-O-acétylpseudouridine et la 2’,3’,5’-tri-O-acétylguanosine comme templates. L’étude de la rétention des nucléosides recherchés et de leurs analogues structuraux menée par chromatographie en phase liquide et par analyse frontale a permis de déterminer la capacité des différents polymères et de connaître leur comportement dans de l’urine synthétique. Finalement, pour évaluer la possible application de ces polymères dans un échantillon réel, l’urine humaine, la technique de l’extraction sur phase solide à empreintes moléculaires ou MISPE a été développée. Ainsi, une purification sélective des biomarqueurs cibles, tels que la pseudouridine et la N7-méthylguanosine, dans des échantillons d’urines a pu être démontrée. / This thesis report presents the exploration of molecularly imprinted polymer (MIP) technology for developing of a sensitive and selective polymers used in urinary nucleoside biomarker recognition. The main goal was to develop water compatible MIPs prepared by a “dummy template” imprinting technology, using a non-covalent approach and radical-polymerization in bulk. We were focusing mostly on the polymer quality in the formulation (rigidity, stability and repeatability). This was chosen empirically first by production of powders from monolithic MIP. Thus, to accomplish the stated goals, we have explored the choice of the template molecule. A model study presented by Chapter 3, using three 2’3’5’-tri-Operacylateduridine nucleosides as templates in a “dummy” template approach was first developed. Then, applying the knowledge of the type of template choice, we developed a selective MIP for recognition of pseudouridine and N7-methylguanosine in the studies presented in Chapter 4 and Chapter 5 respectively. By using 2’3’5’-tri-O-acetylpseudouridine and 2’3’5’-tri-O-acetylguanosine as templates. Chromatographic methods like HPLC retention and frontal analysis were used in the interest of determining the binding capacity of synthesized polymers, and the behavior in synthetic urine. Finally, to evaluate the possible application of these polymers in urine, molecularly imprinted solid phase extraction (MISPE) was developed. Selective purification of urine samples containing pseudouridine and N7-methylguanosine obtained in the end.