Nanostructuration of innovative molecular imprinted polymers for their use in protein detection

par Seila Rodriguez Vilches

Thèse de doctorat en Chimie macromoléculaire et supramoléculaire

Sous la direction de Anne Françoise Mingotaud et de Juliette Fitremann.

Soutenue en 2011

à Toulouse 3 .

  • Titre traduit

    Nanostructuration de polymères innovants à empreintes moléculaires pour leur utilisation dans la détection des protéines


  • Résumé

    Le but de ce travail de thèse était de concevoir et de développer un nouveau type de matériau nanostructuré qui pourrait être utilisé dans une biopuce capable de détecter sélectivement des protéines telles que des biomarqueurs cancéreux. La méthode choisie pour atteindre cet objectif a été la technique des polymères à empreinte moléculaire (MIP). Le MIP a dû être structuré en lignes nanométriques pour être couplé par la suite avec un système de détection sans marquage utilisant la diffraction de la lumière. L'ensemble pourrait être ensuite mis en forme sur des biopuces. Pendant la première partie de ce projet, les différentes formulations d'hydrogel ont été évaluées, ce qui nécessite de répondre à plusieurs spécifications: processus de polymérisation à 25-37° C, dans une solution tampon phosphate et temps de polymérisation de moins de 15 minutes. En outre, l'hydrogel devait porter des groupes fonctionnels pouvant interagir avec une protéine, être transparent et biocompatible. Enfin, ces matériaux devaient présenter d'une part des tailles de pores compatibles avec celle de la protéine afin d'assurer une reconnaissance en surface et d'autre part des propriétés mécaniques qui soient compatibles avec les procédés technologiques usuels. Trois formulations ont été sélectionnées pour la synthèse d'hydrogel, ayant des groupes fonctionnels présentant soit une charge positive ou négative, ou sans charge du tout. Ces matériaux ont été caractérisés par des techniques telles que piézorhéométrie, calorimétrie différentielle à balayage (DSC), microscopie électronique à balayage (MEB, MET et cryoSEM), microscopie à force atomique (AFM) et profilométrie. En suivant la formation de l'hydrogel sous irradiation UV par piézorhéométrie, nous avons montré que la réticulation maximale était atteinte en moins de 5 minutes en utilisant une lampe avec une puissance de 150 mW/cm2. En outre, nous avons également confirmé que ces formulations sont compatibles avec la lithographie par nanoimpression UV et que des réseaux périodiques de taille sub-micrométriques pouvaient être obtenus. Les MIP à protéine réalisés à partir des conditions optimisées ont été évalués par fluorescence après les expériences de ré-incubation, indiquant une reconnaissance de la streptavidine avec un facteur d'impression de F. I = 1,7


  • Résumé

    The aim of this PhD work was to design and develop a new type of nanostructured material that could be further used in a biochip capable of selectively detecting proteins such cancer biomarkers. The chosen method to achieve this goal was the molecularly imprinted polymer (MIP) technique. The MIP had to be structured in nanometric lines to be coupled subsequently with the diffracting label-free detection. During the first part of this project, different hydrogel formulations were assessed, which needed to respond to several specifications: polymerization process at 25-37°C in phosphate buffer solution and a polymerization time of less than 15 minutes. In addition, the hydrogel required functional groups that can interact with the protein, it needed to be transparent and biocompatible. Finally, these materials had to have pore sizes compatible with that of the protein for successful surface recognition and exhibit mechanical properties which are compatible with routine technological processes. Three formulations for hydrogel synthesis were selected, including functional groups presenting either a positive or negative charge, or no charge at all. These materials were characterized by techniques such as piezorheometry, differential scanning calorimetry (DSC), electron microscopy (SEM, TEM and cryoSEM), atomic force microscopy (AFM) and profilometry. By following the formation of the hydrogel under UV irradiation by piezorheometry, we showed that maximal crosslinking was achieved in less than 5 minutes when using a lamp with a power of 150 mW/cm2. In addition we also confirmed that these formulations were compatible with UV-nanoimprint lithography and that sub-micron periodic gratings could be obtained. The protein MIPs after batch rebinding experiments were evaluated by fluorescence, showing recognition for streptavidin with an imprinting factor of I. F= 1. 7.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (264 p.)
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2011 TOU3 0166
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