Les avantages liés à la réduction de taille et la microfabrication, caractéristiques des microsystèmes électromécaniques (MEMS), sont favorables à l'utilisation de microstructures dans le domaine des biocapteurs. Dans ce contexte, nous avons développé des micromembranes résonantes à actionnement et détection intégrés, par l'intermédiaire d'une couche piézoélectrique (PZT), pour la transduction d'une reconnaissance biologique. Après la fabrication de matrices de micromembranes par les techniques de microfabrication, des travaux de caractérisation statique ont permis d'appréhender le comportement initial des structures et de déterminer les propriétés du matériau piézoélectrique. Ces optimisations ont ensuite servi de base pour la caractérisation dynamique des micromembranes, qui correspond à leur mode de fonctionnement en tant que capteur de masse. Ainsi, après la validation de l'actionnement intégré des structures et la détection des fréquences de résonance par les deux effets piézoélectriques, la génération optimisée de spectres a permis de développer une électronique spécifique aux structures et de les calibrer en masse pour la détermination de la sensibilité dans l'air : Sair=-15 pg/(mm².Hz). La caractérisation dynamique approfondie a permis enfin d'aborder l'utilisation des membranes en tant que biocapteur pour deux types d'application : une première orientée diagnostic par la détection spécifique en temps-réel et en milieu liquide d'anticorps alors que la seconde application concerne la combinaison des micromembranes avec des polymères à empreinte moléculaire (MIP). Cette seconde application, orientée analyse environnementale, permet de profiter des avantages liés aux MIP, tels que la stabilité et la structuration des polymères, avec ceux des micromembranes, tels que la sensibilité et le multiplexage intégré. Ces travaux correspondent à la démonstration des capacités de micromembranes résonantes pour la détection fiable, sensible, intégrée et multiplexée de biom olécules.

La consommation frauduleuse de nandrolone est détectée dans les urines par la présence de ses métabolites isomères norandrostérone et norétiocholanolone. Afin de contrôler si, chez la femme, une activité sportive peut être responsable de l'augmentation de leurs productions endogènes, ainsi que de celles de la déhydroépiandrostérone et de l'androstérone, une méthode d'analyse urinaire faisant intervenir trois extractions sur phase solide suivies d'une analyse par GC-MS a été mise au point. Une correction des concentrations brutes en analytes a été appliquée par rapport au taux de créatinine, marqueur de la dilution des urines. Le traitement statistique des résultats obtenu à partir de 400 urines n'a montré aucun effet de l'exercice sur les concentrations en métabolites de la nandrolone, mais un effet modéré de l'exercice aérobie sur les concentrations en androstérone. Le statut hormonal des individus (phase du cycle menstruel et prise de contraceptif) a également été évalué. <br />Une amélioration de l'extraction a été ensuite proposée par la synthèse d'une phase stationnaire polymérique à impression moléculaire (MIP). Le MIP a été synthétisé dans des conditions favorisant la mise en place d'interactions non covalentes avec l'androstérone, ces mêmes interactions étant ensuite mises à contribution dans la rétention de la norandrostérone et de ses isomères lors de la percolation d'un échantillon sur la phase d'extraction. Conduisant à des résultats prometteurs, la technique semble intéressante en vue de l'analyse de traces de métabolites de la nandrolone grâce à une amélioration de la sélectivité de la méthode globale d'analyse

Le vétérinaire aide le producteur laitier à garder son troupeau en santé. Lorsqu’une vache est malade, il peut prescrire des antibiotiques. Le cas échéant, le lait de la vache traitée aux antibiotiques est jeté. Il n’est donc pas vendu pour consommation. Tout le lait produit est analysé avant d’être pasteurisé et transformé afin de s’assurer que les produits laitiers ne contiennent pas de résidus d’antibiotiques. Si les analyses indiquent que le lait renferme des traces d’antibiotiques, il est jeté et le producteur en cause doit assumer la perte. Les épreuves de dépistage actuelles de ces résidus médicamenteux sont onéreuses et inapplicables sur le terrain. Pour résoudre cette problématique aux pieds de la vache, la solution proposée dans ce projet est la fabrication d’un kit de détection basé sur les polymères à empreinte moléculaire. Il s’agit de polymères dont la conformation moléculaire est complémentaire à celle des antibiotiques. Dans ce projet, il est question d’améliorer l’efficacité des épreuves de dépistages des résidus de tétracyclines en augmentant le nombre de sites d’interaction entre l’antibiotique et des polyesters. Trois polymères sont utilisés portant respectivement des groupements aromatiques, carboxyliques et hydroxyles. Une étude antérieure dans notre laboratoire avait déjà donné un pourcentage de rétention de tétracycline de 50% pour une composition de 1/3 PLAOH- 1/3 PLACOOH- 1/3 PLAOBn. Avec des ajustements, le pourcentage passe à 38.93 % pour une composition de 1/4 PLAOH- 1/2 PLACOOH- 1/4 PLAOPh, de 44.81 % pour une composition de 1/4 PLACOOH- 1/2 PLAOH- 1/4 PLAOPh, de 66.34 %pour une composition de 1/4 PLAOH- 1/4 PLACOOH- 1/2 PLAOPh et de 78.07 % pour une composition de 1/6 PLAOH- 1/6 PLACOOH- 2/3 PLAOPh. Notre hypothèse était que la présence accrue du groupement phényle augmenterait le nombre de sites d’interaction spécifique avec l’antibiotique augmentant ainsi le pourcentage de rétention de l’antibiotique à travers les MIP. Les résultats ont confirmé cette hypothèse. / The veterinarian is helping the dairy farmer to keep his flock healthy. When a cow is sick, he may prescribe antibiotics. But in that case, the cow milk treated with antibiotics is discarded, and not sold for consumption. All milk products are analyzed before being pasteurized and processed to ensure that dairy products do not contain residues of antibiotics. If the analyses show that milk contains traces of antibiotics, it is discarded and the producer must bear the loss. On place, the current screening tests for drug residues are expensive and inapplicable. To resolve this problem at the feet of the cow, the solution proposed in this project is the production of a detection kit based on molecular imprinted polymers. These are polymers whose molecular conformation is complementary to that of antibiotics. This project is about improving the effectiveness of screening tests for residues of tetracyclines by increasing the number of interaction sites between the antibiotic and polyester. Three polymers are used respectively, aromatic, carboxyl and hydroxyl groups. A previous study in our laboratory had already shown a tetracycline retention percentage of 50% for a composition of 1 / 3 PLAOH-1 / 3 PLACOOH-1 / 3 PLAOBn. After variation in the polymers ratio, the percentage obtained is, 38.93 % for a composition of 1 / 4 PLAOH-1 / 2 PLACOOH-1 / 4 PLAOPh, 44.81 % for a composition of 1 / 4 PLACOOH- 1 / 2 PLAOH- 1 / 4 PLAOPh, 66.34 % for a composition of 1/4 PLAOH- 1/4 PLACOOH- 1/4 PLAOPh and 78.07 % for a composition of 1/6 PLAOH- 1 / 6 PLACOOH- 2 / 3 PLAPh. Our hypothesis was that the increase of the amount of the phenyl group, increases the number of specific interaction sites with the antibiotic, and so increases the percentage of retention of the antibiotic through the MIP. The results confirmed this hypothesis.

Le vétérinaire aide le producteur laitier à garder son troupeau en santé. Lorsqu’une vache est malade, il peut prescrire des antibiotiques. Le cas échéant, le lait de la vache traitée aux antibiotiques est jeté. Il n’est donc pas vendu pour consommation. Tout le lait produit est analysé avant d’être pasteurisé et transformé afin de s’assurer que les produits laitiers ne contiennent pas de résidus d’antibiotiques. Si les analyses indiquent que le lait renferme des traces d’antibiotiques, il est jeté et le producteur en cause doit assumer la perte. Les épreuves de dépistage actuelles de ces résidus médicamenteux sont onéreuses et inapplicables sur le terrain. Pour résoudre cette problématique aux pieds de la vache, la solution proposée dans ce projet est la fabrication d’un kit de détection basé sur les polymères à empreinte moléculaire. Il s’agit de polymères dont la conformation moléculaire est complémentaire à celle des antibiotiques. Dans ce projet, il est question d’améliorer l’efficacité des épreuves de dépistages des résidus de tétracyclines en augmentant le nombre de sites d’interaction entre l’antibiotique et des polyesters. Trois polymères sont utilisés portant respectivement des groupements aromatiques, carboxyliques et hydroxyles. Une étude antérieure dans notre laboratoire avait déjà donné un pourcentage de rétention de tétracycline de 50% pour une composition de 1/3 PLAOH- 1/3 PLACOOH- 1/3 PLAOBn. Avec des ajustements, le pourcentage passe à 38.93 % pour une composition de 1/4 PLAOH- 1/2 PLACOOH- 1/4 PLAOPh, de 44.81 % pour une composition de 1/4 PLACOOH- 1/2 PLAOH- 1/4 PLAOPh, de 66.34 %pour une composition de 1/4 PLAOH- 1/4 PLACOOH- 1/2 PLAOPh et de 78.07 % pour une composition de 1/6 PLAOH- 1/6 PLACOOH- 2/3 PLAOPh. Notre hypothèse était que la présence accrue du groupement phényle augmenterait le nombre de sites d’interaction spécifique avec l’antibiotique augmentant ainsi le pourcentage de rétention de l’antibiotique à travers les MIP. Les résultats ont confirmé cette hypothèse. / The veterinarian is helping the dairy farmer to keep his flock healthy. When a cow is sick, he may prescribe antibiotics. But in that case, the cow milk treated with antibiotics is discarded, and not sold for consumption. All milk products are analyzed before being pasteurized and processed to ensure that dairy products do not contain residues of antibiotics. If the analyses show that milk contains traces of antibiotics, it is discarded and the producer must bear the loss. On place, the current screening tests for drug residues are expensive and inapplicable. To resolve this problem at the feet of the cow, the solution proposed in this project is the production of a detection kit based on molecular imprinted polymers. These are polymers whose molecular conformation is complementary to that of antibiotics. This project is about improving the effectiveness of screening tests for residues of tetracyclines by increasing the number of interaction sites between the antibiotic and polyester. Three polymers are used respectively, aromatic, carboxyl and hydroxyl groups. A previous study in our laboratory had already shown a tetracycline retention percentage of 50% for a composition of 1 / 3 PLAOH-1 / 3 PLACOOH-1 / 3 PLAOBn. After variation in the polymers ratio, the percentage obtained is, 38.93 % for a composition of 1 / 4 PLAOH-1 / 2 PLACOOH-1 / 4 PLAOPh, 44.81 % for a composition of 1 / 4 PLACOOH- 1 / 2 PLAOH- 1 / 4 PLAOPh, 66.34 % for a composition of 1/4 PLAOH- 1/4 PLACOOH- 1/4 PLAOPh and 78.07 % for a composition of 1/6 PLAOH- 1 / 6 PLACOOH- 2 / 3 PLAPh. Our hypothesis was that the increase of the amount of the phenyl group, increases the number of specific interaction sites with the antibiotic, and so increases the percentage of retention of the antibiotic through the MIP. The results confirmed this hypothesis.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les capteurs et les biocapteurs sont des moyens d’analyse en plein essor à la fois rapides, sensibles, sélectifs et peu coûteux, applicables à des domaines très variés (agroalimentaire, environnement, biomédical…). Dans ce travail de recherche, nous nous sommes intéressés au développement de trois dispositifs à savoir un nez et une langue électroniques à base de systèmes multicapteurs pour l’analyse des odeurs et des saveurs ainsi que les biocapteurs. Les deux premiers dispositifs ont permis dans un premier temps de caractériser et de détecter les fraudes dans les produits de l’industrie agroalimentaire. Ainsi, nous sommes parvenus à détecter les pratiques frauduleuses dans l’huile d’argan par le nez et par la langue électroniques. Nous avons, par ailleurs, réussi à caractériser des miels de différentes origines géographiques et botaniques et à détecter l’adultération du miel pur par l’utilisation d’une langue électronique voltammétrique. Enfin, nous avons démontré l’efficacité des systèmes de nez et de langue électroniques à discriminer cinq marques de lait pasteurisé marocain. Des limitations du système de nez et de langue électroniques ont été révélées quant à la discrimination du lait pasteurisé (Jawda) en fonction des jours de stockage. Par contre, la fusion des données des deux systèmes moyennant un niveau d'abstraction intermédiaire a permis d’améliorer cette discrimination. Dans une deuxième étape, nous avons développé deux biocapteurs, le premier est basé sur l’utilisation de Polymère à Empreinte Moléculaire (MIP) dédié à la détection de la tétracycline dans le miel. Alors que le second est un immunocapteur conçu pour la détection de l’ochratoxine A. Le MIP, utilisé dans le premier cas, a été synthétisé à la surface d’électrodes en or par électropolymérisation des nanoparticules d'or fonctionnalisées par le p-aminothiophénol en présence de la tétracycline comme molécule empreinte. Dans le deuxième cas, un nouveau biocapteur capacitif basé sur l’utilisation d’un substrat de Nitrure de Silicium (Si3N4) combiné avec une nouvelle structure de nanoparticules magnétiques (MNPs) pour la détection de l’ochratoxine A a été conçu. En effet, Les MNPs possédant une terminaison carboxylique ont été liés de manière covalente à la monocouche auto-assemblée du silane-amine (3-aminopropyl triéthoxysilane APTES). Enfin, les anticorps anti-ochratoxine A ont été immobilisés sur les MNPs par liaison amide. Les performances des deux biocapteurs (limite de détection, sélectivité, reproductibilité) ont ensuite été évaluées / Sensors and Biosensors are rapid, sensitive, selective and low-cost analytical devices of growing interest for a wide range of application fields (e.g. food, environment, health …). This research focused on the development of three devices namely an electronic nose and tongue and electrochemical biosensors with applications in food analysis. The first two devices allowed the characterization and detection of frauds in the food field. Thus, we have been able to detect fraudulent practices in argan oil by using an electronic nose and tongue systems. In addition, the electronic tongue has successfully classified honeys of different geographical and botanical origins and detects the adulteration of pure honey. Finally, we have demonstrated the ability of the electronic nose and tongue systems to classify five brands of Moroccan pasteurized milk and to discriminate against them based on their storage days. In the second stage, we have developed two biosensors. The first one is based on a molecularly imprinted polymer (MIP) for the detection of tetracycline in honey. The second one is based on an immunosensor devoted for the detection of ochratoxin A. For the first biosensor, imprinted gold nanoparticles composites are assembled on Au surfaces by the electropolymerization of p-amino-thiophenol functionalized gold nanoparticles in the presence of the imprint molecule. In the second case, we have developed a novel capacitance electrochemical biosensor based on silicon nitride substrate (Si3N4) combined with a new structure of mangnetic nanoparticles (MNPs). Indeed, The MNPs with terminated carboxylic acid were covalently bonded to Si3N4 through a Self-Assembled Monolayers (SAMs) of the silane-amine (3-Aminopropyl) triethoxysilane (APTES). Finally anti-ochratoxin A antibodies were immobilized on MNPs by amide bonding. The performances of the two biosensors (limit of detection, selectivity, reproducibility) were then evaluated and the results are generally satisfactory

Au cours des dernières années, les matériaux énergétiques, tels que le 2,4,6-trinitrotoluène (TNT) et le 1,3,5-trinitro perhydro-1,3,5-triazine (RDX), ont été utilisés lors des activités d’entrainement militaire, ayant un impact potentiel sur l’environnement, les bases militaires, la population environnante, la faune et la flore. Sur les champs de tir, les sols à proximité des cibles et autour des positions de tir nécessitent une surveillance particulière, puisqu’il est possible de trouver une importante quantité de résidus d’explosif qui peuvent être transportés vers les eaux de surface et des eaux souterraines avec les précipitations. Toutefois, la procédure actuelle pour détecter des matériaux énergétiques dans l'eau naturelle est complexe, longue, nécessite un personnel hautement spécialisé et augmente le risque de contamination croisée. Par conséquent, il est difficile d'assurer un contrôle rapide et continu des contaminants. En fait, l'objectif des travaux présentés dans ce mémoire est de développer une technique pour identifier et quantifier les explosifs et leurs produits de dégradation dans les eaux naturelles. En outre, ce test doit être in situ, en continu, peu coûteux et rapide. La résonance des plasmons de surface (SPR) a été donc utilisée pour quantifier les matériaux énergétiques. Une matrice de bis-aniline réticulée avec des nanoparticules d’or (AuNPs) est utilisée en tant que polymère à empreinte moléculaire (MIP) sur le film d'or pour capturer sélectivement le composé d’intérêt. L'association de la molécule d’intérêt, tel que le TNT ou RDX, au MIP par interactions π-donneur-accepteur permet la détection d'explosifs suite aux changements d’indice de réfraction sur la sonde. Le couplage entre les plasmons des AuNPs et de la couche d'or peut également augmenter les signaux SPR. Le test optimisé a ensuite été utilisé sur une base militaire canadienne. L'utilisation de cet essai à base de MIP fournit un outil pour l'extraction et la pré-concentration de TNT ou RDX à la surface d’une sonde SPR et permet leur détection en continu de faibles concentrations dans les eaux naturelles. / Over the last few years, energetic materials such as 2,4,6-trinitrotoluene (TNT), 1,3,5-trinitroperhydro-1,3,5-triazine (RDX) and octahydro-1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazocine (HMX) have been used and show a probable environmental impact on military bases, the surrounding population, fauna and flora, caused by military training involving munitions. On shooting ranges, soils near the firing positions and around targets require special monitoring, since the quantities of explosives residues found can be significant, and these compounds can be transported to surface water and groundwater by precipitation. However, the current procedure to detect energetic materials in natural water is complex, long and poorly adapted to. These operations require highly specialized personnel and increase the risk of cross contamination. Therefore, it is difficult to ensure a fast and continuous monitoring of the contaminants. Here, the objective is to develop a technique for identifying and quantifying explosives and their degradation products in natural water. Also, this test has to be in-situ, inexpensive and fast. Surface plasmon resonance (SPR) has been proposed to probe energetic materials. A bis-aniline-cross-linked gold nanoparticles (AuNPs) matrix is used as a molecular imprinted polymer (MIP) on gold film to selectively capture the target compound. The association of the target such as TNT or RDX to the MIP with π-donor-acceptor interactions have allow the detection of explosives by following SPR refractive changes. Plasmon coupling effects between the AuNPs and the gold film could also increase the SPR signals. The optimal sensor was then used on site to detect RDX in underground water of a Canadian military base. The utilisation of MIP based assay will provide a tool for the extraction and pre-concentration of TNT or RDX on the detector’s surface and will allow the detection of lower concentrations in natural water.