Academic literature on the topic 'Empreintes optiques et moléculaires'

Les polymères à empreintes moléculaires (MIPs) sont des matériaux fabriqués sur mesure, et capables de reconnaître spécifiquement une molécule dite « cible ». Les MIPs sont synthétisés à partir de ces molécules cible utilisées comme « gabarit » autour desquelles des monomères fonctionnels viennent se complexer. La polymérisation de ces monomères fonctionnels en présence d’autres monomères réticulants permet de figer les molécules gabarit dans la matrice de polymère, et d’obtenir ensuite des cavités spécifiques à la molécule gabarit en termes de taille, de forme et d'organisation tridimensionnelle des groupements fonctionnels. Le travail rapporté dans cette thèse est basé sur le développement de capteurs chimiques holographiques, lesquels contiennent des MIPs comme éléments de reconnaissance, et un élément holographique comme transducteur de signal optique. Des tests de reconnaissance moléculaire effectués avec les capteurs holographiques ont permis de démontrer que la reconnaissance spécifique de la testostérone par le polymère biomimétique engendre des modifications structurelles au sein de la matrice de polymère, résultant en une modification du signal optique holographique. Ainsi, des concentrations de stéroïdes aussi basses que 1 µM ont pu être mesurées. La combinaison de matériaux biomimétiques tels que les MIPs avec des transducteurs holographiques semble être une avancée prometteuse vers l’élaboration de capteurs chimiques optiques, et offre de nombreux espoirs pours divers et variés domaines d’application tels que l’environnement, les secteurs biomédical, agroalimentaire, voire même domestique<br>Molecularly imprinted polymers (MIPs) are tailor-made synthetic receptors capable of specifically recognizing a target molecule. They are synthesized by polymerization of a complex between functional monomers and a template molecule in the presence of cross-linkers. After polymerization and removal of the template molecule, the cross-linked polymer network contains cavities that are complementary to the template in terms of size, shape, and position of functional groups, allowing the polymer to bind target analytes with high affinity and specificity. The work reported in this thesis is focused on the development of MIP-based holographic sensors, a novel group of optical sensors in which MIPs is used as recognition element, and the holographic element is built into it and used as an optical transducer. Label-free binding assays performed with holographic sensors showed the optical signal being specifically modified upon incubation in testosterone solutions. This is due to structural modifications that occur in the MIP matrix upon analyte binding, which consequently give rise to structural changes. Testosterone concentrations as low as 1 µM could thus be detected. The combination of holographic transducers with MIPs as synthetic recognition elements has the potential to give rise to inexpensive general sensing devices that can be adapted to, and used in, a broad range of sensing tasks, without the need of labeling the analyte. These range from the highly sensitive spectrometric sensor to the instrument-less test strip, and should be of interest for industry, biomedical, environmental and food, end even for household use

Le mélanome est le plus agressif et le plus sévère des cancers cutanés du fait de son fort potentiel métastatique. Pourtant à ce jour, aucun biomarqueur pour la détection précoce du mélanome n'est unanimement reconnu. Notre groupe a récemment démontré que le métabolisme du céramide est fortement altéré dès les premiers stades de la maladie, conduisant à l'augmentation de la production d'un dérivé du céramide, la sphingosine 1-phosphate (S1P). La S1P est sécrétée par les cellules du mélanome et a été identifiée comme une molécule majeure du remodelage du microenvironnement tumoral, qui favorise la progression du cancer. De façon physiologique, la S1P circulante se trouve majoritairement sous forme liée aux protéines de haute densité (HDLs), aux protéines de basse et très basse densité (LDLs et VLDLs) ainsi qu'à l'albumine. Les cellules de mélanome pourraient produire de la S1P non liée qui pourrait rendre compte des effets produits par ce lysosphopholipide sur les cellules du microenvironnement tumoral suite à sa fixation sur les récepteurs S1PR présents à la surface des cellules stromales. Ainsi, cette forme libre de S1P pourrait représenter un nouveau biomarqueur pour la détection précoce du mélanome. Cependant, il n'existe à l'heure actuelle aucun moyen permettant de la quantifier. Le but de ce travail interdisciplinaire a été de développer un nouveau capteur basé sur un polymère à empreintes moléculaires (MIP) dans le but de quantifier la S1P libre dans le sang de patients atteints de mélanome. Cette étude a été réalisée entre l'équipe " Ingénierie pour les sciences du vivant (ELiA) " du Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (LAAS), et l'équipe " Sphingolipides, métabolisme, mort cellulaire et progression tumorale " du Centre de Recherche en Cancérologie de Toulouse (CRCT), en étroite collaboration avec l'équipe " Biomimétisme et structures bioinspirées " de l'Université Technologique de Compiègne (UTC). Dans un premier temps, nous avons synthétisé un nouveau MIP dirigé contre la S1P par une méthode de thermopolymérisation en masse. Nous avons caractérisé puis optimisé ce MIP en effectuant des mesures de spectrométrie de masse couplée à la chromatographie en phase liquide et des mesures de spectroscopie de fluorescence. Le MIP a été comparé à un NIP (Non Imprinted Polymer) et exposé à des analogues de la S1P afin d'évaluer sa sélectivité. Dans un second temps, en vue de l'utilisation d'un MIP en tant que couche sensible d'un futur capteur et pour anticiper son immobilisation et sa structuration sur le transducteur, nous avons mis au point un nouveau MIP photopolymérisable en 2D. Ce MIP a d'abord été structuré en motifs par photolithographie sur des surfaces de silicium puis validé par des mesures de microscopie de fluorescence. Le MIP a également été structuré sous la forme de couches minces sur les surfaces actives de capteurs de Microbalance à Cristal de Quartz (QCM) dans le but de le valider par cette méthode sans marquage. Enfin, nous avons exploré l'utilisation d'une fibre optique recouverte d'une couche de MIP photopolymérisé dans le but de détecter, par spectroscopie infrarouge, la liaison de la S1P avec le MIP à la surface de la fibre<br>Melanoma is the most aggressive and severe form of cutaneous cancer due to its high metastatic potential. However, to date, no marker for the early detection of melanoma has been unanimously accepted. Our group has demonstrated that ceramide metabolism is strongly altered in melanoma, leading to the overproduction of sphingosine 1-phosphate (S1P), one of its derivatives. S1P is secreted by melanoma cells and has been identified as a critical molecule of tumor microenvironment remodeling that supports cancer progression. Physiologically, circulating S1P is predominantly linked to high density lipoproteins (HDLs), low and very low density lipoproteins (LDLs and VLDLs), as well as albumin. Melanoma cells produce unbound S1P that could be responsible for the effects induced by this lysophospholipid on the tumor microenvironment, as a result of its binding to S1PR receptors present on the surface of stromal cells. Thus, secreted tumor S1P could represent a new biomarker for the early detection of melanoma. However, there are currently no means to quantify it. The goal of this interdisciplinary work was to develop a new sensor based on a Molecularly Imprinted Polymer (MIP) in order to quantify unbound S1P present in the blood of melanoma patients. This study has been conducted between the "Engineering for Life science Applications (EliA)" group at the Laboratory for Analysis and Architecture of Systems (LAAS) and the "Sphingolipids, metabolism, cell death and tumor progression" group at the Cancer Research Center of Toulouse (CRCT), in strong collaboration with the team "Biomimetism and Bioinspired Structures" of the University of Technology of Compiègne (UTC). First, we synthesized a new MIP against S1P employing a bulk thermopolymerization approach. The resulting MIP was characterized and optimized by performing both mass spectrometry and fluorescence spectroscopy measurements. It was compared to a Non Imprinted Polymer (NIP) and exposed to S1P analogues to assess its selectivity. Second, in order to use the MIP as the sensitive layer of a future sensor and prepare its immobilization and structuration onto a transducer, we synthesized a new surface photopolymerizable MIP. This MIP was first structured by photolithography onto silicon substrates and validated by fluorescence microscopy measurements. The MIP was also structured as a thin layer onto Quartz Crystal Microbalance (QCM) chips in order to validate its binding capacities using this label-free method. Finally, the use of a MIP-coated optical fiber as an infrared sensor was explored, with the aim of detecting S1P in blood using Attenuated Total Reflectance (ATR) spectroscopy

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<br>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