Polymères à empreintes moléculaires pour l’analyse miniaturisée de traces de stupéfiants et de neurotransmetteurs dans des échantillons biologiques

Molecularly imprinted polymers for the miniaturized analysis of drug and neurotransmitter traces in biological samples

• Auteur / Autrice : Thomas Bouvarel
• Direction : Valérie Pichon-Comparot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie analytique
• Date : Soutenance le 27/11/2020
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Sciences Analytiques, Bioanalytiques et Miniaturisation (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Ludovic Bellot-Gurlet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bérengère Claude, Nathalie Delaunay-Bertoncini
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jérôme Randon, Jeanne Bernadette Tse Sum Bui

Mots clés

Mots clés contrôlés

Marqueurs biologiques

Chromatographie en phase liquide

Polymérisation

Polymères à empreintes moléculaires

Mots clés libres

Polymères à empreintes moléculaires

Miniaturisation

Polymérisation in situ

Monolithes

Nano-chromatographie en phase liquide

Extraction sur phase solide

Fluides biologiques

Molecularly imprinted polymers

In situ polymerization

Miniaturization

Résumé

Une des tendances en chimie analytique est liée à la miniaturisation et l’intégration de différentes étapes de l’analyse dans un dispositif unique pour répondre à des besoins de portabilité et d’automatisation. Des solutions pour l’analyse d’échantillons complexes de faibles volumes contenant des analytes d’intérêt de natures diverses à l'état de trace restent à développer. Une approche possible est la synthèse in situ de monolithes imprimés dans des capillaires et leur couplage en ligne avec l’étape de séparation et/ou de détection. Après une étude de l’état de l’art concernant l’intégration de polymères à empreintes moléculaires dans des dispositifs d’extraction et de séparation miniaturisés, le développement de supports monolithiques imprimés miniaturisés et leur couplage en ligne avec une séparation en nano-chromatographie en phase liquide ou bien directement avec une détection UV a été réalisé. Différentes voies de synthèse ont été criblées. La caractérisation des supports a été réalisée en termes de morphologie, de perméabilité et de répétabilité de synthèse. La sélectivité des monolithes imprimés a été évaluée en confrontant leur potentiel d'extraction à celui de monolithes non imprimés synthétisés dans les mêmes conditions mais sans molécule empreinte. Les protocoles d’extraction et conditions de couplages ont été optimisés permettant l’analyse de la cocaïne dans la salive et le plasma ou la détection de la benzoylecgonine dans l’urine avec des seuils de détection en accord avec la législation. En exploitant le savoir-faire acquis, d’autres monolithes imprimés ont également été synthétisés afin de cibler des neurotransmetteurs ainsi que des analogues structuraux.

An important part in analytical chemistry is related to the miniaturization and integration of different analytical steps in a single device in order to meet portability and automation issues. However, solutions for the analysis of complex samples with limited volumes containing various analytes of interest that may be found at trace levels are still required. One approach consists in the in situ synthesis of imprinted monoliths within capillaries and their on-line coupling with a separation and/or detection step. After the study of the state-of-the-art concerning the integration of molecularly imprinted polymers in miniaturized extraction and separation devices, the development of miniaturized imprinted monolithic supports and their on-line coupling with a nano-liquid chromatography separation or directly with UV detection were performed for biological applications. Different synthesis pathways were screened. The characterization of the obtained supports was carried out in terms of morphology, permeability and synthesis repeatability. The selectivity of MIP monoliths was evaluated with nano-liquid chromatography by confronting their extraction potential with the one of non-imprinted monoliths synthesized in the same conditions but without the introduction of the template. The extraction protocols and coupling conditions were successfully optimized for the analysis of cocaine in saliva and plasma or the detection of benzoylecgonine in urine with detection thresholds in agreement with the legislation around tens of ng/mL. By exploiting the know-how acquired, other miniaturized imprinted supports were also produced to target neurotransmitters and structural analogues.