O Bisfenol A (BPA, acrônimo da língua inglesa - bisphenol A) é uma substância utilizada na fabricação de embalagens alimentícias e resinas odontológicas. Sua toxicidade deve-se ao fato de que, como disruptor endócrino, afeta o sistema reprodutor, cardiovascular, neuro-endócrino e pode apresentar potencial carcinogênico. Em métodos bioanalíticos, o preparo da amostra tem sido requerido para aumentar a seletividade e sensibilidade analítica, através da remoção dos interferentes da amostra biológica e concentração dos analitos, quase sempre presentes em níveis de traços. A microextração em ponteiras (DPX, acrônimo das iniciais em língua inglesa - Disposable Pipette Extraction), baseada no equilíbrio de sorção do soluto com a fase extratora, consiste em uma ponteira padrão de micropipeta modificada, na qual o sorvente está contido livremente entre dois filtros, permitindo rápida extração do analito em diferentes matrizes complexas. Os polímeros de impressão molecular (MIP acrônimo das iniciais em língua inglesa - Molecularly Imprinted Polymer) consistem em uma rede polimérica tridimensional que possui cavidades seletivas para o reconhecimento molecular do analito ou de substâncias de estrutura análoga. Essa rede polimérica é sintetizada ao redor da substância molde (analito), e a cavidade seletiva é formada após a remoção do molde. As vantagens do processo sol-gel para a síntese do MIP são o controle do tamanho e forma das partículas, ajuste da hidrofobicidade e alta estabilidade térmica. No presente trabalho, o MIP foi sintetizado e utilizado como sorvente para a técnica DPX para a determinação de bisfenol A em amostras de urina por cromatografia em fase gasosa acoplada à espectrometria de massas (GC-MS, acrônimo das iniciais em língua inglesa - Gas Chromatography coupled to Mass Spectrometry). O MIP foi sintetizado pela via sol-gel utilizando aminopropiltrietoxisilano (APTES) como mônomero funcional e tetraetil-orto-silicato (TEOS) como reagente de ligação cruzada. Como molde foram avaliados o BPA para o MIP, e o tetrabromobisfenol A (TBBPA) para o polímero molecularmente impresso com molécula análoga ao analito (DMIP, acrônimo das iniciais em língua inglesa - Dummy Molecularly Imprinted Polymer). Para avaliar a seletividade do MIP, o polímero não impresso (NIP, acrônimo das iniciais em língua inglesa - Non-imprinted Polymer) foi sintetizado seguindo o mesmo procedimento de síntese do MIP com exceção da adição da molécula molde. Apesar de a capacidade de sorção do MIP ser ligeiramente maior, o DMIP foi selecionado como sorvente para minimizar o efeito de memória. O DMIP foi caracterizado por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e por espectroscopia vibracional na região do infravermelho por transformada de Fourier (FTIR, acrônico das inicias em língua inglesa - Fourier Transform Infrared). Os parâmetros da técnica DPX, tais como, o tempo de equilíbrio de sorção entre a amostra e o sorvente e condições de dessorção foram otimizadas por técnicas quimiométricas. A robustez do DMIP sintetizado via sol-gel foi comprovada pela reutilização deste sorvente por mais de 100 vezes, sem perda da eficiência da extração. O método desenvolvido DPX/GC-MS apresentou linearidade na faixa de 50 a 500 ng mL-1, precisão com CV (coeficientes de variação) entre 4 e 14% e de exatidão com valores de erro padrão relativo (EPR) de -13,6 a 12,3%. O método de referência utilizando a extração líquido-líquido e GC-MS (LLE/GC-MS), faixa de linearidade de 5 a 50 ng mL-1, foi desenvolvido e validado. Embora o método DPX/GC-MS inovador, quando comparado ao LLE/GC-MS, tenha apresentado maior limite de quantificação, apresentou as seguintes vantagens: simplicidade, rapidez e utilização de menores volumes de amostra e de solventes orgânicos na etapa do preparo da amostra / Bisphenol A (BPA) is widely used in food package and dental resins manufacturing. Its toxicity is due to its endocrine disruptor activity that affects the reproductive, cardiovascular, neurological system and may have carcinogenic potential. In bioanalytical methods the sample preparation has been required to increase the selectivity and analytical sensibility by removing the interfering from the biological matrix and concentration of the analytes that are in trace levels most of the times. The disposable pipette extraction (DPX) is based on sorption equilibrium of the analyte between the sample and the extraction phase. It consists in a pipette that contais the sorbent phase freely between two filters. Then, the extraction of the solute from the complex sample occurs quickly. Molecularly imprinted polymer is a tridimensional polimeric network that has selectivity cavities that can recognize an analyte or a substance with a similar structure. The polimeric network is synthesized around to a template molecule and after removing this template, a selective cavity is formed. The advantages of the sol-gel process for the synthesis of MIP are the control of the size and shape of the particles, hydrophobicity adjustment and high thermal stability. In the present study MIP was synthesized and used as sorbent to DPX method for determination of BPA in urine samples by gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC-MS). Sol-gel methodoly was used to synthesize the polymers. Aminopropyltriethoxysilane (APTES) was used as a functional monomer and tetraethyl orthosilicate (TEOS) as crosslinking reagent. BPA and tetrabromobisphenol A (TBBPA) were evaluated as template to the synthesis of MIP and dummy molecularly imprinted polymer (DMIP) which is a molecularly imprinted polymer that uses a template structurally similar to the analyte. The non-imprinted polymer (NIP) was synthesized following the same procedure that MIP, except for the addition of template. It was made to verify the improvement of selectivity and sensibility of molecularly imprinted polymers. Although the sorption capacity of the MIP is slightly larger, DMIP has been selected as a sorbent in order to minimize the memory effect. The DMIP was characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM) and Fourier Transform Infrared spectroscopy (FTIR). The parameters of DPX, such as time sorption equilibrium between the sample and the sorbent and desorption conditions were optimized by chemometrics. Robustness of DMIP sinthesized by sol-gel process was evidenciated for the reuse of DMIP for more than a 100 times. The developed method DPX/GC-MS showed linearity on the range from 50 to 500 ng ml-1, precision values with coefficient of variation (CV) betweeen 4 and 14% and accuracy with relative standard deviation values (RSD) from -13.6 to 12.3%. The reference method using liquid- liquid extraction and GC-MS (LLE/GC-MS) was developed and validated, showing linearity from 0.5 to 50 ng mL-1. Althout the innovative method DPX/GC-MS has showed limit of quantification larger than LLE/GC-MS, it presents the following advantages: simplicity, rapidy and utilization of smaller volumes of organic solvents on the sample preparation step

Submitted by Biblioteca da Faculdade de Farmácia (bff@ndc.uff.br) on 2017-03-23T19:00:13Z No. of bitstreams: 1 Peçanha, Bruna Rachel de Britto [Dissertação, 2012].pdf: 3907379 bytes, checksum: f2acabc3c1c39363b86f0d651d6b5936 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-23T19:00:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Peçanha, Bruna Rachel de Britto [Dissertação, 2012].pdf: 3907379 bytes, checksum: f2acabc3c1c39363b86f0d651d6b5936 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Polímeros de impressão molecular (MIPs) foram sintetizados e aplicados como adsorventes na técnica de extração em fase sólida (EFS). O método de polimerização por precipitação foi utilizado para a síntese dos polímeros, devido à simplicidade de preparo, altos rendimentos e obtenção de partículas mais uniformes, devido a não trituração do polímero. O MIP foi sintetizado com ácido metacrílico (MAA) como monômero funcional, trimetacrilato de trimetilolpropano (TRIM) e dimetacrilato de etilenoglicol (EDMA) como agentes de reticulação e o cloridrato de amilorida (AMI) foi escolhido como molécula-molde. Diferentes proporções de MAA, TRIM, EDMA, volume e tipo de solvente foram utilizadas para ajuste das condições ideais de síntese. Os MIP foram avaliados quanto à capacidade de adsorção comparando-se a polímeros sintetizados na ausência da molécula-molde (NIP, polímeros não impressos). O solvente de elevada polaridade empregado na síntese (THF:MeOH:H2O) permitiu o emprego da técnica para moléculas polares como AMI. O controle no volume de solvente permitiu a obtenção de partículas maiores, de modo que a EFS foi realizada em condições usuais, o que confere um potencial para aplicação dessa técnica de polimerização na preparação de adsorventes para EFS. O polímero que apresentou maior capacidade adsortiva no ensaio realizado em tampão citrato-acetato pH 6,5 foi o MIP/NIP 12 (AMI:MAA:TRIM 1:8:10), com uma taxa média de adsorção de 83 e 88% para NIP e MIP, respectivamente. A adsorção foi elevada devido a interação iônica entre MAA e AMI promovida pelo controle de pH, porém foi não específica. O polímero MIP/NIP 12 foi aplicado como adsorvente na EFS, onde a recuperação de AMI foi avaliada nos resíduos de carregamento e eluição com solventes. O carregamento com tampão citrato-acetato pH 6,5 foi o ideal, favorecendo a interação iônica do polímero com o analito. A eluição total de AMI do cartucho somente ocorre após lavagem com o solvente na presença de ácido, que protona os grupos carboxila do polímero, rompendo assim a interação iônica com o analito / Molecularly imprinted polymers (MIPs) were synthesized and applied as adsorbents in solid-phase extraction technique (SPE). The polymers have been synthesized by precipitation polymerization method because of its simplicity, high yields and good control of final size and shape of particles. MIP was synthesized using methacrylic acid (MAA) as functional monomer, trimethylolpropane trimethacrylate (TRIM) and ethyleneglycol dimethacrylate (EDMA) as cross-linker and amiloride hydrochloride (AMI) was chosen as template. Different ratios of MAA, TRIM and EDMA, volume and type of solvent were used to adjust the optimal synthesis conditions. The MIP were tested for adsorption capacity compared to the polymers synthesized in the absence of template molecule (NIP, non-imprinted polymers). The polar solvent mixture used (THF:MeOH:H2O) allowed the synthesis of MIP of polar molecules as AMI. The solvent volume control afforded the larger particles so the SPE was performed in the usual conditions, giving a potential application for this polymerization technique in the preparation of adsorbents for SPE. The polymers with higher adsorption capacity at the test performed in citrateacetate buffer pH 6,5 was MIP/NIP 12 (AMI:MAA:TRIM 1:8:10) with adsorption rate of 83 and 88% for NIP and MIP, respectively. The recognition of MIP was due to ionic interaction between MAA and AMI promoted by pH control, but was not specific. The polymer MIP/NIP 12 was used as a solid-phase extraction sorbent and the recoveries of AMI was evaluated using different loading and elution conditions. The loading with buffer citrate-acetate pH 6,5 was optimal, due to ionic interaction of the polymer with the analyte. Total elution of AMI bound to the polymers only occurs after washing with a acid-containing solvent, because of protonation of the carboxyl groups of the polymer and disrupting the ionic interaction with the analyte

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont des contaminants de notre environnement et de notre alimentation. En raison de leur toxicité, la Commission européenne a réglementé leur teneur dans les denrées alimentaires et notamment dans les huiles. Les industriels des corps gras ont donc pour obligation de vérifier la conformité de leurs produits. Dans ce contexte, le groupe Lesieur souhaiterait développer un nouvel outil analytique rapide et portable. Ainsi, ce vaste projet de recherche vise à concevoir un microsystème électrophorétique capable d'analyser les HAP dans les huiles alimentaires. Première étude à s'inscrire dans ce projet, ce travail de thèse a donc consisté à développer de nouveaux protocoles analytiques. Dans une première partie, des méthodes de séparation des HAP ont été développées en électrophorèse capillaire (CE) modifiée par des cyclodextrines couplée à un détecteur de fluorescence induite par laser. En suivant des stratégies multivariées basées sur les plans d'expériences, deux méthodes de séparation ont été optimisées. Les huit HAP communs aux listes établies par l'agence de protection de l'environnement des Etats-Unis et l'agence européenne de sécurité sanitaire des aliments ont été séparés en moins de 7 min et dix-neuf HAP, également classés par ces deux organismes, ont été analysés en moins de 18 min. Ces méthodes de séparation ont été appliquées avec succès à des extraits d'huile dopés. Dans une deuxième partie, il a été question de transférer la méthode d'analyse des huit HAP au format microsystèmes. La principale difficulté rencontrée a été le manque de sensibilité du système de détection couplé aux puces. Le premier objectif a donc été d'optimiser les quantités d'échantillon injectées et les paramètres de la détection avec un composé modèle dans un tampon borate. Cependant, seulement quatre HAP sur les dix-neuf étudiés précédemment en CE ont pu être détectés. Toutefois, dans les conditions optimisées par le plan d'expériences, ils étaient séparés en moins de 4 min. Enfin, différents polymères à empreintes moléculaires (MIP) ont été synthétisés en vue d'extraire sélectivement les HAP des huiles. Après un criblage des conditions de synthèse, la sélectivité de chaque MIP a été évaluée en milieu pur en comparant sa capacité de rétention avec celle d'un polymère non-imprimé. Les huit HAP communs aux deux listes ont finalement pu être extraits sélectivement à partir d'huiles de tournesol, mais avec des rendements d'extraction encore insuffisants et qui nécessitent une amélioration de la procédure d'extraction. / Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are widespread contaminants in the environment and food products. Given their toxicity, their concentrations are regulated by the European Commission in food products and especially in edible oils. Consequently, manufacturers of fat products have to verify the conformity of their products. In this context, Lesieur wants to develop a rapid and portable new analytical tool. Hence, this ambitious research project aims at developing a capillary electrophoresis microchip for PAH analysis in edible oils. This PhD study, first one involved in this project, consisted in developing new analytical protocols.In a first part, PAH separation methods were developed by cyclodextrin-modified capillary electrophoresis (CE) with laser-induced fluorescence detection. Using experimental design-based strategies, two separation methods were optimized. The 8 PAHs in common between the United States Environmental Protection Agency and the European Food Safety Authority lists of priority pollutants were separated in less than 7 min, while 19 PAHs, also targeted by these institutions, were separated in less than 18 min. These CE separation methods were successfully applied to the analysis of spiked edible oil extracts.The second part aimed at transferring the electrophoretic separation method of the 8 PAHs from the capillary to the microsystem format. The lack of sensitivity of the detection system hyphenated with chips was the main difficulty encountered. Thus, injected sample amounts and detection parameters were first optimized with a model compound in a borate buffer. However, only 4 out of the 19 PAHs, previously studied in CE, could be detected. Nevertheless, under conditions predicted by the design of experiments, they were baseline resolved in less than 4 min.Finally, several molecularly imprinted polymers (MIPs) were synthesized for the selective extraction of PAHs from oils. After a screening of synthesis conditions, the selectivity of each MIP was evaluated in pure media by comparing the extraction recoveries obtained on MIP with those obtained on a non-imprinted polymer. Finally, the 8 PAHs in common between the two lists were selectively extracted from sunflower oils, but with low recoveries. Improvements in extraction procedures are still required.

Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre de la recherche contre le cancer, l'un des enjeux majeurs de notre société. L'objectif est d'optimiser l'action des principes actifs notamment en réduisant leurs effets secondaires chez le patient. Pour cela nous souhaitons développer des nanotransporteurs siliciques pH-sensibles capables de s'accumuler spécifiquement dans les tumeurs solides grâce à l'effet EPR.Les travaux présentés dans ce manuscrit décrivent donc la synthèse de nouveaux dérivés actifs du 5-Fluorouracile capables de former un complexe via liaisons H avec un précurseur de silice hybride possédant un motif de reconnaissance moléculaire de type triazine. Ce complexe piégé dans le solide grâce au procédé sol-gel permet alors de créer les systèmes autonomes et pH-contrôlés de délivrance de dérivé actif sans relargage prématuré. Ces systèmes, évalués in-vitro sur des cellules de cancer du sein, présentent des cytotoxicités très importantes.Les résultats encourageants obtenus laissent envisager des évaluations in-vivo de nos systèmes. Dans ce sens, nous améliorons donc actuellement nos nanomachines en introduisant un cœur d'oxyde de fer permettant le suivi par imagerie IRM et de confirmer ainsi leurs actions sur des tumeurs solides. / This thesis is part of the research against cancer, one of the major challenges for our society. The objective is to optimize the action of active compounds by reducing side effects for the patient. For this we want to develop pH-sensitive silicic nanocarriers able to accumulate specifically in solid tumors through the EPR effect.The work detailed in this manuscript describes the synthesis of new 5-Fluorouracil derivatives anticancer drugs able to complex via H-bonds hybrid silica precursor with triazine molecular recognition motif. This complex trapped in the solid through sol-gel process is then used to create autonomous and pH-controlled drug delivery system with non-premature release. These systems, evaluated in-vitro on breast cancer cells, have significant cytotoxicity.The encouraging results obtained suggest in-vivo experiments for our systems. For that, we are currently improving our nanomachines by introducing a heart of iron oxide for MRI imaging and confirm their efficiency on solid tumors.

Un (bio)capteur classique est principalement composé de deux éléments essentiels : une couche réceptrice sensible à l’analyte à laquelle on s’intéresse et un transducteur qui permet de convertir une stimulation chimique / biologique en un signal physique mesurable. Dans le cas idéal, un capteur ne doit pas nécessiter de marquage de la cible, doit posséder de très grandes sensibilité et sélectivité envers elle, ne requiert qu’une faible quantité de cette dernière et doit présenter un temps de réponse très court. Au vu de ces critères, les microsystèmes électromécaniques (MEMS) sont des candidats très prometteurs dans le développement de capteurs. Les polymères fonctionnels, tels que les polymères à empreinte moléculaire (MIPs), sont une approche très intéressante dans l’utilisation des MEMS car ils peuvent être intégrés dans des technologies existantes de MEMS à base de silicium ou complètement remplacer ces technologies. Le but de cette thèse porte sur le développement d’un capteur MEMS composé de polymères (fonctionnels). Un chapitre initial (chapitre 2) introduit des nouveaux systèmes de fabrication de polymères fonctionnels. Des biopuces composées de MIPs imprimés par jet d’encre sont présentées ainsi qu’une technique basée sur la polymérisation radicale contrôlée qui permet le dépôt d’un fin enrobage de MIPs sur des microstructures. La deuxième partie de ce chapitre présente la fabrication de polymères à empreinte moléculaire par stéréolithographie deux-photons, qui peut être vue comme une extension de l’impression 3D. Afin d’illustrer cette technologie de prototypage rapide, deux capteurs composés de MIPs sont présentés : un capteur à grille de diffraction et un capteur en microlevier. Les deux principaux chapitres de ce manuscrit (chapitre 3 et 4) se focalisent sur le développement d’un nouveau concept de fabrication pour les capteurs MEMS. Ce concept est basé sur la polymérisation d’une poutre à fort ratio de forme à l’extrémité d’une fibre optique de télécommunication. Cette poutre a été mise en vibration à sa résonnance et a ainsi pu être utilisée comme un capteur à base de levier. Le capteur en polymère a permis l’intégration de MIPs comme élément récepteur et la reconnaissance sélective de l’antibiotique enrofloxacine. De plus, un nouveau système de mesure intégré est présenté dans le chapitre 4. Ce système de mesure intègre la fibre optique en guidant un rayon laser à travers elle ainsi qu’à travers le levier qui y est attaché.Le rayon lumineux sortant est ensuite focalisé sur une photodiode sensible à la position du rayon lumineux, permettant ainsi la mesure du spectre de résonance de la poutre en polymère. Ce système de mesure est caractérisé et ses performances sont présentées au travers de la détection de masse du levier en polymère et de mesures faites en milieu liquide. / A classical (bio)sensor consists of two key components: A receptor layer that detects the analyte of interest and the transducer which converts the chemical / biological stimuli into a physical measurable signal. Ideally a sensor is label-free, highly sensitive and selective towards the target, requires low sample amount and shows a fast response time. Regarding these criteria microelectromechanical systems (MEMS) offer great potential for the sensor development. One interesting approach for this development are functional polymer materials, such as molecularly imprinted polymers (MIPs), that can be either integrated to existing MEMS based on silicon or completely replace the silicon technology. The emphasis of this thesis is focused on the development of a MEMS sensor based on (functional) polymers. In an initial chapter (chapter 2) new fabrication schemes for functional polymers are introduced. Inkjet-printed biochips based on MIPs are presented and a technique based on controlled radical polymerization is shown that allows the deposition of thin MIP shells on a microfabricated pattern. In the second part of this chapter the fabrication of molecularly imprinted polymers by two-photon stereolithography is shown which can be seen as an extension of 3dimensional printing. As possible application of this rapid prototyping technology two sensors based on MIPs are introduced a diffraction grating sensor and a microcantilever sensor. The two main chapters of this manuscript (chapter 3 and chapter 4) report the development of a new fabrication concept for MEMS sensors. It is based on the polymerization of a high aspect ratio beam on the extremity of an optical telecommunication fiber which was actuated at resonance and thus could be used as a cantilever sensor. The polymer sensor allowed the integration of MIPs as sensing element and the selective recognition of the antibiotic enrofloxacin. Furthermore, is a new, integrated read-out scheme presented in chapter 4. This read-out scheme integrates the optical fiber, by guiding a probe laser beam through it and attached cantilever beam. The output light beam is then focused on a position sensitive photodiode and thus enabled to monitor the resonance spectra of the polymer beam. The read-out scheme is characterized and its performance is shown by demonstrating the mass sensitivity of the polymeric cantilever beam and by measurements in liquid environments.

Les matériaux énergétiques résiduels de l’entraînement militaire peuvent être dommageables pour la santé publique et pour l’environnement. Des critères environnementaux existent pour chacun de ces contaminants qui doivent être respectés afin d’assurer la qualité des eaux et des sols. Ainsi, à proximité des bases militaires, leur concentration respective doit être constamment sondée afin de respecter ces limites. Cependant, comme les méthodes de mesure actuelles sont compliquées et longues, elles ne permettent pas de suivre réellement ces concentrations. L’intérêt envers des capteurs usant de résonance de plasmons de surface (SPR) a grandement crû au cours des dernières décennies grâce à leur haute sensibilité et la rapidité de mesure. Les liquides ioniques polymériques à empreinte moléculaire représentent une nouvelle classe de polymères prometteuse qui pourrait permettre une approche novatrice et adaptable pour l’extraction de contaminants organiques dans l’eau. Ces polymères combinent les propriétés extractrices des liquides ioniques et la sélectivité adaptable des polymères à empreinte moléculaire (MIP). Le monomère de liquide ionique peut être conçu pour obtenir des interactions optimales avec l’analyte. De plus, les MIPs ont l’avantage d’être hautement modulables : le simple changement de l’empreinte utilisée lors de sa polymérisation conduisant à une nouvelle sélectivité, d’où le potentiel prometteur de la méthode présentée. Différents MIPs à base de liquide ionique ont été utilisés pour fonctionnaliser des surfaces d’or pour tester, via la SPR, leur capacité à quantifier le cyclotriméthylènetrinitramine (RDX). Les résultats obtenus montrent que ces MIPs présentent un bon effet d’empreinte. Cependant, quelques problèmes persistent concernant la reproductibilité de la fonctionnalisation des surfaces d’or. Les résultats semblent toutefois montrer que cette combinaison de liquides ioniques polymériques à empreinte moléculaire avec l’analyse par SPR est une alternative prometteuse pour la détection et la quantification de contaminants présents en quantité dans l’ordre du picomolaire. / Energetic material residues from military training munition are potentially harmful and need to be constantly surveyed in order to never exceed the environmental criterion. Yet, current methods are tedious and fail to provide real-time concentration of these contaminants. Surface plasmon resonance (SPR) based sensors have gained high interest in the past decade due to their great sensitivity and the possibility of rapidly assessing samples. Molecularly imprinted polymeric ionic liquids are a promising new class of polymer that could bring a novel and adaptable approach for selective extraction of organics in water. They combine the ionic liquid’s extraction properties to molecularly imprinted polymer’s (MIP) tunable selectivity. The ionic liquid monomer is designed for optimal interaction with the energetic material, as its anion greatly affects he monomer’s solubility and interaction. Chemically, MIPs have the great advantage of being very versatile. In other words, changing the template is enough to modify the MIP’s selectivity. Hence, the potential of the method presented here is highly promising. Various molecularly imprinted polymeric ionic liquids grafted on gold thin films have been tested via SPR for the quantification of energetic materials. The results show that the molecularly imprinted polymers film displayed good imprinting effect. Yet there still are issues concerning the reproducibility of the gold’s surface functionalization. The results in the following experiments suggested that a combination of SPR sensing with molecularly imprinted polymeric ionic liquids is a promising alternative method for subnanomolar detection of energetic materials in aqueous media.

Cette thèse décrit la synthèse de nanoparticules de polymères à empreintes moléculaires (MIP, de l’anglais molecularly imprinted polymer) pour la reconnaissance de protéines, par une approche de synthèse en phase solide. Les polymères à empreintes moléculaires sont des récepteurs biomimétiques synthétisés sur mesure par un processus de nanomoulage du polymère autour de la molécule unique. Ils possèdent ainsi des cavités de reconnaissance spécifiques pour leur molécule cible. La technique de l'impression moléculaire pour les petites molécules cibles est bien établie, alors que l'impression de protéines reste encore un défi en raison de la flexibilité et complexité de leur structure native et de leurs nombreux sites fonctionnels, mais aussi en raison de leur faible stabilité dans des conditions inhabituelles. Par conséquent, une approche de synthèse en phase solide a été développée ici où la protéine est immobilisée sur un support avant la synthèse de nanoparticules hydrosolubles de MIP par polymérisation radicalaire. Les MIPs obtenus ont des affinités comparables à celles des anticorps, et des réactivités croisées faibles. Ils possèdent des avantages tels qu'une stabilité meilleure, un coût plus faible et peuvent potentiellement être régénérés et réutilisés, devenant ainsi des alternatives prometteuses aux anticorps naturels. Nous avons fabriqué des MIPs contre des protéases à sérine, telles la trypsine et la kallikréine, mais aussi contre un épitope peptidique de la protéine gp41 du VIH. Des nanogels de MIP thermosensibles ont été synthétisés dans un réacteur sous la forme d’une colonne thermostatée ou une boîte de Pétri, par polymérisation radicalaire initiée par voie thermique ou photochimique. Un simple changement de la température permet de libérer les MIPs de la protéine immobilisée. Ces MIPs sont hydrosolubles en fonction de la température et ont un diamètre inférieur à 100 nm. Leur affinité pour leur cible est élevée, avec un Kd du nano ou picomolaire. Ces 'anticorps synthétiques' ont été appliqués dans des tests d'adsorption sur microbalance à cristal de quartz, mais également comme 'chaperons synthétiques'. Des études préliminaires de la protection des protéines d'une dénaturation thermique ou par un pH défavorable ont été effectuées. L'utilisation d'un iniferter pour initier la photopolymérisation vivante du MIP a permis de synthétiser des nanogels de type core-shell. En introduisant des marqueurs fluorescents dans les MIPs, les tests d’immunoessai dans des fluides biologiques ont été démontrés, ce qui indique le grand potentiel de ces MIPs dans le diagnostic clinique. En conclusion, nous avons développé une nouvelle approche de synthèse de nanoparticules de MIP hydrosoluble ayant une haute affinité pour une protéine, utilisables à la place des anticorps dans des applications dans le monde réel tel que la détection de protéines biomarqueurs dans des échantillons complexes, et potentiellement comme principe actif in vivo. / This thesis describes the synthesis, by a solid-phase synthesis approach, of nanoparticles of molecularly imprinted polymers (MIPs) for the recognition of proteins. Molecularly imprinted polymers are biomimetic receptors synthesized by a nanomolding process of the polymer around single molecules. They therefore possess specific recognition cavities for their target molecule. The technique of molecular imprinting for small target molecules is well established, while protein imprinting remains a challenge due to the flexibility and complexity of their native structure and functional sites, but also because of their low stability under unusual conditions. Therefore, a solid-phase synthesis approach has been developed where the protein is immobilized on a support before the synthesis of water-soluble MIP nanogel particles by radical polymerization. The MIPs obtained have affinities comparable to those of antibodies, and low cross-reactivities. They have advantages such as better stability, lower cost, and can potentially be regenerated and reused, thus becoming promising alternatives to real antibodies. We have synthesized MIPs against serine proteases such as trypsin, and kallikrein, but also against a peptide epitope of the HIV gp41 protein. Thermosensitive MIP nanogels were synthesized in a thermostated column-type reactor or a petri dish, by thermally or photo-initiated radical polymerization. Their thermosensitivity allows the MIPs to be released from the immobilized protein by a simple temperature change. They are water-soluble as a function of temperature and have a diameter of less than 100 nm. Their affinity for their target is strong, with a Kd in the nano or picomolar range. These 'synthetic antibodies' have been applied in binding assays with quartz crystal microbalance, but also as 'synthetic chaperones'. Preliminary studies of the protection of proteins from thermal denaturation or from denaturation by an unfavorable pH have been carried out. The use of an iniferter to initiate the living photopolymerization of MIP made it possible to synthesize nanogels of core-shell type. By introducing fluorescent markers into MIPs, immunoassay applications in biological fluids have been demonstrated, indicating the great potential of these MIPs in clinical diagnostics. In conclusion, we have developed a novel approach to the synthesis of soluble MIP nanoparticles having high affinity for a protein, usable in place of antibodies in real world applications such as the detection of biomarker proteins in complex samples, and potentially as an active principle in vivo.

L'isosorbide et ses dérivés sont des diols chiraux issus de l'amidon de maïs. L'utilisation de ce dernier en tant que monomère pour l'élaboration de polymères s'est révélée efficace, ces derniers égalant les propriétés des polymères conventionnels. Dans le cadre de cette thèse, ces diols sont employés pour synthétiser de nouvelles plateformes des monomères biosourcés AA et AB à partir des 1,4 :3,6- dianhydrohexitols. La synthèse d'intermédiaires à base de dinitriles ou de mononitriles et leurs dérivés à partir des trois isomères ainsi que les résultats d'essais de polymérisation de l'un de ces monomères prometteurs ont été décrits. Le polymère obtenu a révélé semi-cristallin grâce à l'agencement stéréorégulier des monomères AB. Ce travail est aussi le premier à décrire l'utilisation des réticulants chiraux à base de 1,4 :3,6-dianhydrohexitols participant à la formation du réseau tridimensionnel pour l'élaboration de polymères à empreintes (MIP) biosourcés pour la détéction de la Méthyltestostérone (MT). Les polymères synthétisés par polymérisation par précipitation ont été caractérisés. Les propriétés de rétention ont été évaluées en mode batch par HPLC-MS/MS. Ces MIPs présentent de bonnes propriétés d'adsorption vis-à-vis la MT avec des facteurs d'empreinte supérieurs à 1 montrant l'efficacité de l'impression. Ces matériaux présentent une bonne capacité d'adsorption comparée à la littérature. Les polymères non imprimés (NIP) ont même montré des capacités d'adsorption supérieure aux MIP classiques. La capacité d'adsorption la plus élevée a été observée pour cMIP-Is à base d'isosorbide, pour les concentrations importantes (500 mg L-1). Les données expérimentales ont été étudiées selon les modèles d'adsorption de Langmuir et Freundlich pour interpréter les phénomènes d'adsorption. Ces cMIP développés ont été adaptés pour l'extraction de la méthyltestotérone sur phase solide (SPE). Une procédure d'extraction a été développée en menant au travers d'une optimisation complète finalisée par une application aux eaux usées / The isosorbide and its derivatives are chiral diols obtained from cornstarch. The use of the latter as a monomer for the development of polymers has proved to be effective. The diols match the properties of conventional polymers. As part of this thesis, the diols are used to synthesize new platforms of bio based AA and AB from the 1,4: 3,6 - dianhydrohexitols monomers. The synthesis of intermediaries based on dinitriles or mononitrilies and their derivaties starting from the three isomers as well as the test results from one of these promising monomers polymerization which have been described. The resulting polymer revealed semi-cristallin through stereoregulier AB monomers layout. This work is also the first to describe the use of the reticulants chiral at base of 1.4: 3, 6-dianhydrohexitols participating in the formation of three-dimensional network for the development of polymers to footprints (MIP) Excelsior for detection of Methyltestosterone (MT). The polymers synthesized by polymerization have been characterized by precipitation. The properties of retention were evaluated in batch mode by HPLC-MS/MS. These MIPs present good properties of adsorption towards the MT with factors of footprint greater than 1 showing the effectiveness of printing. These materials have a good ability of adsorption compared to literature. Unprinted polymers (PIN) have shown even greater adsorption capacity than the conventional MIP. The high adsorption capacity was observed in cMIP-Is based on isosorbide for the concentrations (500 mg L-1). The experimental data have been studied according to Langmuir and Freundlich adsorption models to interpret the phenomena of adsorption these developed cMIP have been adapted for the methyltestoterone on the phase of extraction (SPE) solid. An extraction procedure has been developed leading through a full optimization finalized by an application in wastewater

Dans cette thèse, nous avons démontré la faisabilité de la préparation de polymères à empreinte moléculaires (MIP) hautement sélectifs pour la reconnaissance dans des matrices aqueuses complexes avec des applications dans les cosmétiques et en technologie alimentaire. Les MIP (de l'anglais molecularly imprinted polymers) sont des récepteurs synthétiques comparables aux anticorps, qui sont synthétisés par co-polymérisation de monomères fonctionnels et réticulants en présence d'un gabarit moléculaire. Leurs propriétés de reconnaissance moléculaire, associées à leur grande stabilité, robustesse mécanique, faible coût et leur synthèse facile les rendent extrêmement intéressants comme matériaux de capture sélective, avec des applications dans les séparations analytiques, la détection et la vectorisation des médicaments. Cependant, leur reconnaissance sélective dans des milieux aqueux reste toujours problématique et c'est l'une des raisons de leur expansion commerciale restreinte. Dans une première partie, nous avons développé un MIP fonctionnant en milieu aqueux pour son application comme ingrédient actif dans un déodorant. Les odeurs corporelles sont principalement dues à des acides gras volatils générés à partir de leurs précurseurs, des conjugués de glutamine par des enzymes hydrolytiques produites à partir de bactéries présentes sur la peau. La plupart des anti-transpirants et des déodorants actuellement commercialisés contiennent des sels d'aluminium et des agents antibactériens non spécifiques, respectivement. Cependant, l'utilisation extrêmement étendue de ces produits nécessite des solutions alternatives en ce qui concerne divers problèmes (environnement, respect de l'écosystème de la peau, toxicité, etc.). Pour cette raison, un MIP a été synthétisé pour capturer les précurseurs conjugués de glutamine afin qu'ils ne soient plus disponibles aux bactéries, empêchant ainsi leur transformation en composés malodorants. Afin de générer des liaisons sélectifs dans des environnements aqueux, un monomère à base d'amidinium qui peut former une interaction électrostatique stoechiométrique forte avec les groupes carboxyle sur le gabarit moléculaire a été synthétisé. Le MIP, mélangé dans une formulation dermo-cosmétique, pourrait capter sélectivement les précurseurs conjugués de glutamine, au milieu d'une multitude d'autres molécules présentes dans la sueur humaine. En outre, le MIP n’affecte pas les bactéries de la peau, ouvrant la voie à des déodorants innovateurs de nouvelle génération, moins problématiques pour la santé. Dans une deuxième partie, nous avons développé une procédure rapide et efficace basée sur l'extraction en phase solide à empreinte moléculaire (MISPE) pour la purification sélective de la bétanine et de son stéréoisomère l’isobétanine à partir d'extraits de betterave. La bétanine est un pigment naturel ayant un fort pouvoir antioxydant et dont les propriétés pharmacologiques sont de plus en plus étudiées. Ce pigment est actuellement utilisé comme simple colorant alimentaire. Dans notre étude, l'acide dipicolinique a été utilisé comme gabarit moléculaire pour la synthèse de MIP, en raison de sa similarité structurelle avec le groupe chromophore de la bétanine. Les procédures MISPE ont été optimisées permettant l'élimination presque complète des glucides issus de la matrice végétale ainsi que la majorité des protéines, ce qui permet d'obtenir un rendement élevé d'extraction de la bétanine / isobétanine en une seule étape. De plus, toute la procédure d'extraction a été réalisée dans des solvants respectueux de l'environnement, tels que l'éthanol ou l'eau. Pour conclure, nous sommes convaincus que ce travail pave le chemin au développement d'une nouvelle génération des MIP fonctionnant en milieu aqueux avec des propriétés de reconnaissance améliorées dans des environnements complexes, qui pourra s'appliquer également à d'autres domaines biotechnologiques et biomédicaux. / In this thesis, we have demonstrated the feasibility of preparing highly selective molecularly imprinted polymers (MIPs) for recognition in complex aqueous matrices with applications in cosmetics and food technology. MIPs are synthetic tailor-made receptors, with binding affinities and specificities comparable to those of natural antibodies. Their molecular recognition properties, combined with their high stability, mechanical robustness, low cost and easy synthesis make them extremely attractive as selective capture materials with applications in analytical and preparative separations, sensing and drug delivery, among others. However, their selective recognition in aqueous samples still remains problematic and is one of the reasons for their so far lilited commercial expansion. In the first part, we developed a water compatible MIP for its application as an active ingredient in a deodorant. Body odors are mainly due to volatile fatty acids generated from their glutamine conjugate precursors by hydrolytic enzymes from bacteria present on the skin. Most currently marketed anti-perspirants and deodorants contain, respectively aluminum salts and unspecific antibacterials. However, the extremely wide use of these products requires alternative solutions with regard to various problems (environmental, respect of skin ecosystem, toxicity, etc.). For this reason, a MIP was developed to capture the glutamine conjugate precursors so that they are no longer available to the bacteria, thus preventing their transformation to malodorous compounds. In order to generate binding selectivity in aqueous environments, an amidinium-based monomer which can form a strong stoichiometric electrostatic interaction with the carboxyl groups on the template, was synthesized. The MIP, blended in a dermo-cosmetic formulation, could capture selectively the glutamine precursors, amidst a multitude of other molecules present in human sweat. Furthermore, the MIP did not affect the skin bacteria, paving the way to an innovative and 'safer ' future-generation deodorant. In the second part, we developed a fast and efficient procedure based on molecularly imprinted solid­ phase extraction (MISPE) for the selective clean-up of betanin and its stereoisomer isobetanin from red beetroot extracts. Betanin is a natural pigment with significant antioxidant and biological activities currently used as food colorant. Dipicolinic acid was used as template for the MIP synthesis, because of its structural similarity to the chromophore group of betanin The MISPE procedures were optimized allowing the almost complete removal of carbohydrates and the majority of proteins, resulting in high extraction recovery of betanin / isobetanin in a single step. Moreover, the whole extraction procedure was performed in environmentally friendly solvents with either ethanol or water. To conclude, we believe that this study paves the way towards the development of a new generation of water compatible MIPs with improved recognition properties in highly complex aqueous environments, and should be applicable to other biotechnological and biomedical areas as well.

Ce travail de thèse avait pour objectif l'élaboration d'un capteur optique pour la détection directe de molécules d'intérêt dans un fluide biologique. Deux stéroïdes et un xéniobiotique (herbicide) ont été choisis en tant que biomarqueurs apparaissant dans des fluides corporels : respectivement l'acétate de cyprotérone, le cortisol et l'acide 2,4 dichlorophénoxyacétique. La partie détection, d'une part, est assurée par les polymères à empreintes moléculaires (MIPs, de l'anglais Molecularly Imprinted Polymers). Ces récepteurs synthétiques sur mesure présentent en effet de nombreuses qualités pour l'intégration dans un capteur. Des polymères à empreintes moléculaires ont ainsi été développés pour les analytes visés. L'optimisation des formulations de polymère a été basée sur des plans d'expériences. La transduction optique, d'autre part, est basée sur la structuration du polymère sous la forme d'un cristal photonique. Des opales ont été fabriquées avec un procédé industrialisable pour permettre la mise en forme du MIP en opale inverse. Ainsi structuré à l'échelle submicronique, le matériau présente une couleur susceptible d'évoluer lors de la détection de l'analyte, et ce, grâce à un changement de conformation (gonflement). Les formulations polymères étudiées ont généré des gonflements réduits mais visibles en spectrophotométrie. Le travail rapporté dans cette thèse consiste donc en l'élaboration de polymères à empreintes moléculaires et leur intégration dans un capteur afin de détecter un analyte de façon directe, rapide et ne nécessitant que des équipements transportables, voire portables. / This thesis aimed at elaborating an optical sensor to detect molecules in a biological fluid. Two steroids and a xenobiotic were identified as biomarkers released in some body fluids: cyproterone acetate, cortisol and 2,4-dichlorophenoxyacetic acid respectively. On one hand, detection was performed by Molecularly Imprinted Polymers (MIPs). These tailor-made synthetic receptors display numerous qualities that foster their integration in sensors. MIPs were therefore developed against the targeted analytes. Formulation optimization was led thanks to experimental designs. On the other hand, optical transduction was made possible thanks to the structuring of a polymer into a photonic crystal. Opals were manufactured with a new process suitable for large scales and were used to mold MIPs in inverse opals. Thus, submicron structures of the polymer are responsible for the color of the sensor. A change of color is triggered by the recognition of the analyte by the polymer (upon swelling). Polymers studied displayed sufficient swelling observed by spectrophotometry. Finally, the work of this thesis consisted in elaborating polymer formulations and their integration in a sensor so as to detect an analyte with direct, rapid and unobtrusive means.