Thèse soutenue

Stratégies d'analyse de molécules d'intérêt thérapeutique par diffusion Raman exaltée de surface
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Auteur / Autrice : Antoine Dowek
Direction : Eric CaudronLaetitia Minh Mai LêAli Tfayli
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie
Date : Soutenance le 29/03/2023
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Lipides : systèmes analytiques et biologiques (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 2015-....)
référent : Faculté de pharmacie
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Chimie (2020-....)
Jury : Président / Présidente : Hynd Remita
Examinateurs / Examinatrices : Igor Chourpa, Catherine Vial Perrin, Eric Ziemons
Rapporteurs / Rapporteuses : Igor Chourpa, Catherine Vial Perrin

Mots clés

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Résumé

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La spectroscopie Raman est une technique d'analyse rapide, spécifique et non destructive qui permet d'analyser un grand nombre de molécules par la mesure de leurs énergies de vibration. Cependant, la faible proportion de photons diffusés en diffusion Raman (1 sur 108) limite son usage à l'analyse de molécules dont les concentrations sont de l'ordre du mg.mL-1. Afin de s'affranchir de cette limite, ce travail s'intéresse au phénomène de diffusion Raman exaltée de surface (SERS) qui permet une amplification majeure de l'intensité du signal Raman d'une molécule placée à proximité de nanoparticules métalliques (NPs). Cette exaltation a été démontrée depuis de nombreuses années et permet son utilisation pour la détection de molécules à l'état de trace. Le frein actuel au développement de l'utilisation de la SERS est le manque de reproductibilité de l'amplification du signal limitant ainsi les applications quantitatives.L'objectif de ce travail de thèse est le développement de la SERS en tant que technique analytique spécifique et ultra-sensible pour l'analyse de molécules d'intérêt thérapeutique, dans le but de déterminer la molécule analysée (analyse discriminante) ainsi que sa concentration (analyse quantitative). Pour répondre à cet objectif, une stratégie d'analyse rationnelle a été développée autour de trois axes : la synthèse reproductible de NPs métalliques sphériques en suspension colloïdale, l'optimisation expérimentale des paramètres d'interaction NPs/analyte et l'optimisation mathématique des données spectrales dans la construction de modèles de prédiction discriminants et quantitatifs adaptées aux données.La première étude avait pour objectif la construction d'un modèle quantitatif pour le dosage du 5-fluorouracile à partir de NPs d'argent issues de synthèse différentes. Ces différentes synthèses ont conduit à des NPs présentant une variabilité de taille et de forme importante malgré l'optimisation préalable des paramètres de synthèse, soulignant les difficultés à produire des NPs d'argent de façon reproductible. Les mesures spectrales issues de ces expériences ont toutefois pu être exploitées et ont confirmé la variabilité d'amplification du signal d'une synthèse à l'autre impactant la qualité de la prédiction quantitative. Un outil mathématique, basé sur l'approche des plus proches voisins et la construction d'un modèle de quantification par lot de NPs, a été développé et a grandement amélioré la qualité du modèle de prédiction en réduisant l'erreur relative totale de 16,8 % à 6,3 %.Face au manque de reproductibilité de la synthèse des NPs d'Ag, les travaux portant sur la noradrénaline et l'adrénaline ont été réalisés à l'aide de NPs d'or en suspension qui ont permis des synthèses plus reproductibles par rapport aux NPs d'argent. L'optimisation expérimentale par plans d'expériences combinée au suivi de l'évolution du signal mesuré au cours du temps a mis en avant l'importance des facteurs : taille des NPs, proportion NPs / analyte et concentration en analyte sur l'amplification de l'intensité du signal et sur l'interaction NPs / analyte. Enfin, dans un dernier travail, la recherche d'un mode d'agrégation innovant médiée par un biopolymère naturel de chitosan a permis de stabiliser dans le temps le signal Raman exalté et d'envisager des mesures de l'adrénaline jusqu'à une concentration de 0,1 µg.mL-1 dans diverses matrices aqueuses.Au travers de ces différents travaux, les capacités discriminantes de la SERS ont été réaffirmées avec un pourcentage de bien classé de 100 % entre l'adrénaline et la noradrénaline, deux molécules de structure très proche. De plus, des modèles quantitatifs ont pu être développés avec des limites basses de quantification de l'ordre de la dizaine de µg.mL-1 déterminées par la construction de profils d'exactitude, démontrant de ce fait le potentiel de la SERS pour l'analyse quantitative de molécules d'intérêt thérapeutique, ouvrant la voie à de nombreuses applications.