Thèse : soutenance de Valérie Thibert

Développement d’outils miniaturisés pour l’analyse de traces dans les matrices biologiques

Valérie Thibert, doctorante. Crédits : ESPCI ParisTechL’analyse de traces dans les fluides biologiques est fréquemment précédée d’une étape d’extraction afin de limiter la présence d’interférents. Ainsi, l’extraction sur phase solide (SPE) est souvent utilisée en amont des techniques séparatives, mais son manque de sélectivité peut conduire à des co-extractions de composés interférents nuisant à l’analyse. L’utilisation d’outils basés sur une reconnaissance moléculaire tels que les immunoadsorbants (IS), utilisant des anticorps, ou les polymères à empreintes moléculaires (MIPs) qui sont des polymères synthétiques avec des cavités complémentaires de la molécule empreinte en taille, forme et fonctionnalité, peut apporter de la sélectivité à l’analyse. La miniaturisation d’un système de séparation permet d’augmenter la sensibilité des analyses. Ainsi, le couplage d’une extraction miniaturisée sur MIP présente un intérêt par sa sélectivité. Celui-ci a donc été étudié pour l’extraction de la cocaïne et ses métabolites, la benzoylecgonine (BZE) et l’ecgonine méthylester (EME), comme molécules modèles, dans diverses matrices biologiques.
Les performances d’une puce commerciale intégrant un canal d’enrichissement, un canal de séparation et une aiguille métallisée pour la formation d’un électrospray ont été initialement évaluées. La méthode d’analyse développée a montré d’excellents résultats en termes de sensibilité (limites de quantification de quelques dizaines de pg mL-1), et a donc été appliquée à l’analyse de traces de cocaïne et de BZE dans l’urine et les cheveux. Malgré les bons résultats obtenus, le manque de spécificité de l’étape d’extraction a finalement limité le potentiel de la méthode miniaturisée, d’où l’intérêt d’y intégrer un outil sélectif.

Pour confirmer la faisabilité d’un MIP sélectif pour la cocaïne, des synthèses en format conventionnel ont été étudiées. Après optimisation de la synthèse et des protocoles d’extraction, une excellente sélectivité a été obtenue en milieu organique pour la cocaïne et ses métabolites. Cependant, en milieu hydro-organique ou aqueux pour la BZE n’a pas été retenue. Le MIP a par la suite été appliqué avec succès à l’extraction sélective de la cocaïne d’extraits de cheveux, de sérum et d’urine. Pour mettre à profit le potentiel sélectif du MIP pour les trois molécules ciblées, une étape préalable d’extraction liquide-liquide a été appliquée sur un échantillon urinaire, ce qui a permis de mettre de nouveau en évidence le potentiel du MIP pour la purification en milieu complexe.

La dernière partie de ce travail a consisté à synthétiser un MIP sélectif pour la cocaïne dans un format miniaturisé. La première approche a reposé sur la synthèse de microparticules de MIP par précipitation. Plusieurs paramètres clés de la synthèse ont été étudiés afin d’obtenir des particules de NIP et de MIP de tailles proches de 3 µm. Malheureusement, le MIP ainsi obtenu ne s’est pas avéré sélectif vis-à-vis de la cocaïne et ses métabolites, ni dans un milieu organique ni dans un milieu aqueux. La deuxième approche a consisté en la synthèse de monolithes de MIP dans des capillaires de silice (100 µm d.i.). Divers paramètres ont été étudiés pour l’obtention d’un monolithe de MIP avec une morphologie appropriée au couplage avec la nanochromatographie en phase liquide. Le MIP ainsi sélectionné a présenté une meilleure affinité pour la cocaïne que le NIP correspondant en milieu acétonitrile, et sa synthèse s’est avérée répétable en termes de morphologie et de sélectivité. Un couplage a donc été effectué et, si ce dispositif nécessite encore une étude plus approfondie, des résultats très encourageants ont été obtenus pour l’extraction en ligne de la cocaïne d’échantillons urinaires dopés.