Design de matériaux sur mesure nanoporeux et multifonctionnels : vers la détection de médicaments par le couplage des propriétés d'adsorption et de la réponse Raman – DOMTOM

La détection et le dosage de médicaments ou de drogues à de faibles concentrations est un enjeu sociétal majeur et un défi important dans le domaine de la chimie analytique en raison de la forte demande dans les domaines tels que la pharmacologie, la toxicologie, la police scientifique. Cette détection est actuellement réalisée en utilisant principalement des méthodes immunologique ou chromatographique possédant chacune leurs avantages et inconvénients. Une méthode qui détecte de manière rapide, simple, spécifique, sensible et pour un faible cout, n’existe pas encore. La détection par spectroscopie Raman a été envisagée dans cet objectif puisque c’est une technique simple, rapide, peu onéreuse et qui est également spécifique puisqu’elle permet de différencier des composés de structures moléculaires très proches. Toutefois, malgré ces nombreux avantages, elle n’a été que très peu utilisée pour la détection de molécules en raison de la très faible efficacité de la diffusion Raman. Cet obstacle a pu être surmonté par la découverte en 1977 de l’effet SERS qui correspond à une exaltation de la réponse Raman lorsque la molécule sondée est adsorbée sur une surface métallique nanostructurée. Même si beaucoup de molécules ont été étudiées par effet SERS, le design de substrats nanostructurés efficace et adaptable reste le principal défi pour atteindre des facteurs d’exaltation hautement reproductibles et très élevés permettant le développement de cette technique au niveau industriel. Toutefois, même si le design de ces substrats est réalisé, seule la moitié du problème est résolue jusqu’à ce que l’interaction entre la molécule à détecter et le matériau soit étudiée d’un point de vue thermodynamique et comprise.
Ainsi, nous proposons un projet de recherche innovant qui permettra de lever ce verrou technologique. Il consiste en l’élaboration sur-mesure, via une nouvelle méthode de synthèse, de nanocomposites poreux multifonctionnels à base de nanoparticules d’Ag et d’Au et en leur utilisation pour la détection de médicaments/drogues en couplant leurs propriétés d’adsorption et leur réponse Raman.
Les principaux objectifs du projet DOM TOM sont de comprendre les mécanismes permettant de contrôler la réponse Raman des molécules adsorbées sur des nanocomposites poreux et d’utiliser ces connaissances pour le design de matériaux multifontionnels qui permettra de proposer une nouvelle technique analytique pour la détection de ces molécules.
Nous proposons, afin d’atteindre ces objectifs, une approche scientifique originale fondée sur 4 étapes successives :
1- l’élaboration de matériaux sur-mesure afin de contrôler le procédé d’adsorption pour obtenir une réponse Raman reproductible et sans ambiguïté de la molécule,
2- une description thermodynamique complète de l’interaction entre la molécule et le matériau,
3- la compréhension des corrélations entre l’interaction molécule/matériau et la réponse Raman de la molécule
4- l’optimisation des paramètres clés mis en évidence lors de l'étape 3 afin de générer de manière contrôlée l’effet SERS et d’atteindre les seuils de détection les plus bas.
Le projet est divisé en deux phases. Pendant la phase I (étapes 1 à 4), nous travaillerons avec l’Oxazepam appartenant à la famille des benzodiazépines qui sont des médicaments fréquemment prescrits et facilement accessibles en France. Ces molécules sont souvent trouvées lors de tests toxicologiques dans le cas d’agression sexuelle avec soumission chimique mais les méthodes actuelles de détection sont longues, compliquées et pas assez sensibles. Pendant la phase II, toute l’expertise acquise durant la phase I sera mise à profit pour détecter des molécules qui ont été choisies en raison de la pertinence clinique de leur détection.
Le projet DOM TOM est interdisciplinaire puisqu’il rassemble des compétences expérimentales et théoriques dans les domaines de la chimie, de la chimie-physique, de la science des matériaux, de la physique et de la médecine.