Academic literature on the topic 'Biocapteur à ondes évanescentes'

Dans le domaine des immunodosages par fluorescence, des approches récentes utilisent des fibres optiques a la fois comme support solide pour les molécules d'intérêt biologique et comme guide de lumière. Le phénomène des ondes évanescentes peut représenter un grand intérêt pour mettre en évidence les réactions Ag/Ac se développant à l'interface support/milieu. Toutefois, il est indispensable de maitriser la réalisation de ces fluoroimmunocapteurs. Les travaux développés ont eu pour objectif l'étude des paramètres conditionnant l'utilisation de ces immunocapteurs. La majeure partie de l'étude a été réalisée avec un système IgG/anti IgG comme modèle de réaction Ag/Ac. Un montage optique expérimental a été optimisé pour l'analyse de la fluorescence liée aux ondes évanescentes. Les limites des fibres plastiques conventionnelles ayant été mises en évidence pour l'étude du modèle, la suite de l'étude a été effectuée avec des fibres en silice. Après que la faisabilité d'un dosage par compétition ait été démontrée, les études ont porté sur les points suivants: recherche de la méthode permettant une immobilisation optimale des biomolécules sur les fibres, stabilité du couplage, spécificité et régénération des immunocapteurs en vue de leur réutilisation. Enfin des études préliminaires avec un autre modèle Ag/Ac ont permis de montrer l'intérêt de l'orientation des biomolécules par rapport au support solide

Un biocapteur à base de fibre optique en verre de chalcogénures, transparente dans un large domaine du moyen infrarouge (MIR), a été développé. Il permet l'enregistrement de spectres MIR par spectroscopie déportée. Le principe de la mesure est basé sur le concept de la spectroscopie par ondes évanescentes. Pour améliorer la sensibilité, les fibres utilisées sont effilées sur quelques centimètres et ont un profil en diamètre de 450-100-450 µm. La zone effilée sera mise en contact avec l'échantillon à analyser. Différents états métaboliques (physiologique ou pathologique) dans le foie et le sérum ont été analysés. Les coupes de foies et les sérums ont été mis directement en contact avec la partie senseur de la fibre, et des spectres MIR ont ainsi été collectés. L'objectif de ces études est d'identifier deux états métaboliques différents (sain et pathologique) d'un même échantillon. Des modifications spectrales peuvent être mises en évidence et reliées à une ou des altération(s) du métabolisme des lipides, glucides et/ou protides. Ces modifications peuvent être des différences d'intensité et/ou des décalages en nombre d'onde de bandes d'absorption. Tous les résultats sont corrélés avec les dosages sanguins et les colorations histologiques des échantillons analysés. Le développement d'un biofilm bactérien a été suivi in situ et en temps réel. Proteus mirabilis est un micro-organisme pathogène, opportuniste des voies urinaires, qui a développé un comportement multi-cellulaires complexe, corrélé dans l'espace et le temps, ce qui lui permet de coloniser de nouvelles surfaces. Durant le processus de différenciation, le changement de l'état végétatif à celui migrant (pathogène) est accompagné par des modifications des constituants membranaires. Les spectres MIR, enregistrés pendant le développement d'un biofilm à P. mirabilis, permettent de détecter en temps réel une contamination de surface, mais aussi les modifications biochimiques des constituants de la membrane bactérienne. Tous les spectres ont été traités par Analyse en Composantes Principales (ACP), d'une part pour une reconnaissance non-supervisée d'une pathologie, et d'autre part, déterminer la distribution spatiale des phénotypes de P. mirabilis au sein du biofilm

La manipulation de micro et nanoparticules magnétiques et leurs applications dans les domaines de la biologie, la biodétection et du diagnostic a continuellement gagné en intérêt ces dernières années. Ce travail de thèse explore l'utilisation des propriétés magnétiques des particules en suivant deux axes distincts.Dans un premier axe, nous avons utilisé des particules magnétiques dans une analyse par biocode barre pour la capture et la concentration de cibles biologiques. La détection a été effectuée à l'aide d'un nouveau biocapteur à onde évanescente. Le but était de pouvoir procéder à un génotypage plaquettaire sans utiliser la " Polymérase Chain Reaction " (PCR), en collaboration avec l'Etablissement Français du Sang Rhône-Alpes. Nous nous sommes servis du système biallélique HPA-1 comme preuve de concept, en utilisant des cibles de type oligonucléotide synthétique pour valider nos protocoles d'analyse. Nous avons réussi à détecter une concentration de 2 fmol/l de cibles non marquées. Notre test permet de discriminer les deux allèles du gène HPA-1, qui ne diffèrent que d'un nucléotide. Notre approche par biocode barre permet d'abaisser le seuil inférieur de détection de notre biocapteur d'un facteur 125 000. Nous avons pu détecter 6.105 copies de cible synthétique, sans passer par une amplification PCR. La prochaine étape consistera à adapter le test pour analyser des échantillons biologiques réels.Dans un deuxième axe, nous avons exploré l'assemblage de particules magnétiques sous champ magnétique, de manière à fabriquer des filaments permanents ancrés sur une surface et orientables. Les filaments ont pu être greffés sur des supports homogènes de verre, d'or et sur des supports mixte verre/or fonctionnalisés de manière orthogonale. Les filaments ont pu être localisés dans des zones précises du support, soit en employant des pointes concentrant le champ magnétique localement (spots de 500 µm), soit en jouant sur la fonctionnalisation sélective sur support mixte (carrés d'or de 1 mm de côté). Typiquement l'assemblage de particules de 200 nm de diamètre a permis d'obtenir des filaments de 5 µm de longueur pour 200 à 400 nm de largeur. Les conditions de formation des filaments restent toutefois à améliorer.Les filaments magnétiques permanents ont été employés pour deux applications. Tout d'abord nous avons employé les filaments magnétiques orientables pour valider un banc d'imagerie polarimétrique par résonance de plasmon de surface (P-SPRI) développé par le LCFIO (Palaiseau). Les premières mesures tendent à montrer que l'anisotropie des filaments peut être détectée par le banc de P-SPRI, il est toutefois nécessaire de poursuivre les travaux pour mieux valider ces résultats. Deuxièmement nous avons employé des filaments magnétiques biofonctionnalisés avec des oligonucléotides sondes, pour procéder à un génotypage plaquettaire. Dans des conditions de mesure non optimisées, l'hybridation d'oligonucléotides cibles fluorescents sur les filaments ancrés sur support permet de multiplier par trois le signal de fluorescence par rapport à une hybridation sur surface plane, grâce à une augmentation de la surface spécifique du support.

On recherche d'abord les solutions à quatre ondes composées de deux ondes planes évanescentes lamellaires incidente et réfléchie dans le fluide et de deux ondes planes évanescentes lamellaire et tourbillonnaire dans le solide. Cas particuliers des ondes d'interface

Les ondes optiques sont couramment utilisees en interferometrie atomique : les transferts d'impulsion du rayonnement aux atomes permettent de manipuler ces derniers de diverses manieres. Ce travail est consacre a l'etude de l'interaction d'atomes neutres metastables avec des champs optiques evanescents. Nous avons tout d'abord considere le cas d'une onde evanescente stationnaire exaltee a la surface d'un prisme. La technique d'exaltation utilisee ici est l'excitation d'un plasmon de surface dans la configuration de kretschmann. Nous avons ainsi montre que sous incidence rasante et en adoptant une geometrie adequate on pouvait reduire le decalage doppler. Le reseau de phase optique que constitue l'onde evanescente stationnaire permet alors de diffracter de facon efficace un jet supersonique d'atomes de neon metastables. Ce dispositif peut jouer le role d'une separatrice en interferometrie atomique. Le taux de diffraction que nous avons observe, comparable en fait au taux de reflexion, est de loin superieur aux previsions theoriques du modele de l'atome a deux niveaux. Une explication avait deja ete avancee pour une observation de meme type, montrant que la structure zeeman pouvait jouer un role crucial dans le mecanisme de la diffraction. Dans notre cas, cette explication se revele insuffisante, ce qui nous a conduit a examiner le detail de ces modeles pour proposer de nouvelles voies d'investigation. Parallelement a ce travail nous avons envisage l'utilisation du potentiel optique cree par l'onde evanescente entourant une fibre optique etiree. Une etude theorique de l'interaction d'un faisceau d'atomes supersoniques avec cette onde evanescente est presentee. Cette etude montre la possibilite de realiser un interferometre atomique a bras separes, dont l'analogue optique est le biprisme de fresnel. Nous decrivons la source laser asservie en frequence que nous avons realisee, avant de presenter nos resultats experimentaux preliminaires.

La masse entière d'un échantillon contribue à la réflexion sélective des mésophases biréfringentes hélicoïdales : dans le milieu, des vibrations circulaires incidente et réfléchie interférent, pour donner une oscillation stationnaire évanescente rectiligne. L'orientation de cette oscillation forme avec la direction des molécules un angle parfaitement défini qui varie de -Pi /2 à 0 quand la longueur d'onde incidente parcourt toute la bande de réflexion sélective.

Les ondes acoustiques permettent la manipulation, le tri ou le mélange de particules ou de fluides à l'échelle micrométrique voire nanométrique sans contact et sans marquage. Nous tirons parti de la force de radiation acoustique pour manipuler des cellules vivantes. La plupart des techniques d'émission repose sur l'utilisation d'ondes de surface supersoniques. Cette approche, qui a largement fait ses preuves, requiert des substrats à matériau piézoélectriques. Elle reste, dans les cas pratiques, limitée par une forte atténuation. Ici, nous exploitons le régime subsonique de propagation afin de générer un champ acoustique évanescent dit de "Scholte" qui concentre son énergie au voisinage du substrat où sont précisément situés les objets. Ces ondes présentent donc la caractéristique de ne pas rayonner dans le fluide et ne sont par conséquent pas atténuées. Leur excitation ne requiert aucun matériau particulier et peut-être réalisée à distance de la zone d'intérêt. Nous avons démontré l'existence de ces ondes et illustré leur potentiel au travers d'exemples clés pour la microfluidique. En particulier, l'utilisation d'un champ tournant a montré la possibilité de piéger et d'entraîner la rotation à l'échelle individuelle. Nous décrivons aussi une méthode de caractérisation du plasma sanguin par "centrifugation" acoustique. Ensuite, un réseau de pièges acoustiques réversible a été adapté afin d'étudier son effet sur des cellules adhérentes (fibroblastes) en conditions de culture. Un traitement statistique nous a permis d'étudier les modifications d'organisation de la culture en fonction du phénotype. Ce travail démontre l'intérêt de l'acoustique dans l'étude de la motilité et des effets mécanotransducteurs sur une population cellulaire<br>It has been shown that the use of acoustic waves enables nanoparticles, microbubbles, drops or microbeads, living cells and fluids to be moved, sorted, or mixed in a contactless and label-free manner. Here, we take advantage of the acoustic radiation force to manipulate living cells. Most of the applications and their associated techniques rely on the use of the so-called SAW (Rayleigh Surface Acoustic waves). This technique is powerful but requires piezoelectric substrates and suffers from a high damping due to radiation losses in the supersonic regime. Here, we work instead in the subsonic regime of propagation which allows us to generate an evanescent field ("Scholte" waves) thanks to a thin substrate. This wave presents very interesting characteristics since acoustic energy is concentrated in the vicinity of the substrate where objects are located. Moreover, the propagation is lossless and doesn't require any substrate or particular medium. We then showed the potential of this new approach through key-applications in microfluidics. This device enables to establish patterns and to concentrate cells in a flow. We have also designed a rotating acoustic field and shown the possibility of trapping and spinning of individual cells. We also describe a blood plasma characterization method by acoustic "centrifugation" within a drop. In a second part, we have designed a network of switchable acoustic traps compatible with living cells in order to study its effect on a population of adherent cells in culture. It reveals a change of cells behaviour depending on the phenotype. This work opens the way to the use of acoustics in the study of mechanotransductive effects on cells population

Les biopuces sont utilisées en biologie moléculaire et pour le diagnostic. La lecture est généralement réalisée en «end-point» mais le suivi en temps réel donne accès à des données complémentaires. Avec les biopuces à fluorescence, ces expériences sont limitées par 1fluorescence de la solution d'hybridation contenant les cibles marquées. Pour atténuer ce signal parasite, il est possible d'exciter sélectivement la surface avec une onde guidée dans le substrat. L'utilisation de guides d'ondes minces permet de diminuer le signal parasite d'un facteur 103 et d'augmenter l'éclairement d'un facteur 104 par effet de confinement. La principale difficulté concerne le couplage de l'onde guidée. Dans ce travail, nous proposons un système de couplage innovant, simple et efficace basé sur l'incorporation de fluorophores dans les guides. Tout d'abord, un procédé sol-gel de synthèse à basse température de guide d'ondes à haut indice avec de faibles pertes optiques a été développé. Un chélate d'europium est ensuite incorporé à la matrice pour le couplage. Les couches dopées ont de bonnes propriétés optiques et des taux d'absorption élevés. La fluorescence guidée des sources permet l'excitation de spots biologiques ce qui valide l'architecture proposée. L'éclairement est homogène avec une sensibilité équivalente à celle d'un système conventionnel. Enfin, la fonctionnalisation de la surface a été étudiée pour permettre l'accrochage de biomolécules en surface. Le système développé a permis la réalisation d'expériences biologiques complètes en présence d'une solution d'hybridation. Une diminution significative de la fluorescence parasite a été mesurée par rapport au système conventionnel.

Des fibres optiques en verres de chalcogénure transmettant dans le moyen infrarouge (MIR) ont été développées par le laboratoire Verres et Céramiques de l’université de Rennes 1. Des travaux ont ensuite montré les potentialités de ces fibres comme outil diagnostic pour la spectroscopie MIR appliquée aux biofluides. Le spectre moyen infrarouge d’un échantillon complexe est le reflet de sa composition moléculaire qui, lorsque celui-ci est un biofluide, peut être assimilé à une image métabolique instantanée d’un individu. Cette technique constitue donc un outil intéressant pour le diagnostic médical. La société Diafir fut crée à la suite du programme ANR émergence FIR-MED pour développer les potentialités de la spectroscopie par fibre optique. L’objectif de l’entreprise est de développer un système composé d’un spectromètre spécifiquement adapté au capteur à fibre optique et d’un algorithme associé pour une réponse diagnostique ne nécessitant pas de connaissance particulière en spectroscopie infrarouge. Dans le cadre de ces travaux de thèse associant l’IRDL et la société Diafir, des projets variés d’applications médicales de la technologie ont été abordés avec pour objectif de développer une méthodologie d’analyse des spectres MIR. Pour cela, il a été nécessaire dans un premier temps de caractériser le signal obtenu à partir des capteurs et d’optimiser et valider des protocoles de mesure applicables aux différents biofluides de manière à réduire au mieux les sources de variabilité d’ordre physique et environnemental. La construction d’un diagnostic médical à partir de spectres infrarouge qui sont des données en grande dimension implique de sélectionner un petit nombre de variables spectrales explicatives. Des méthodes de sélection de variables ont été sélectionnées afin d’éviter l’effet « boite noire » en établissant le lien avec les fonctions biochimiques impactées par les pathologies. Cette approche spectrale infrarouge a notamment permis de mettre en évidence, au cours du développement de pathologies, l’existence de transitions a priori non détectées par les dosages biochimiques classiques<br>Chalcogenide glass optical fibres exhibiting unique properties of mid-infrared (MIR) transparency have been developed by the Laboratoire Verres et Céramiques of Rennes 1 University. Our studies investigate the potential of such fibres as a tool for MIR spectroscopy applied to biofluids based diagnostic. The MIR spectrum of complex samples features its molecular composition which, when a biofluid is considered, can be assimilate to an instant metabolic imaging of an individual. The Diafir Company was created following the ANR emergence FIR-MED program to develop the potential of optical fibre biomedical spectroscopy. The company's goal is to develop a system that is composed of the optical fibre sensor, a spectrometer specifically designed to these sensors and an associated algorithm for a diagnostic response without specific knowledge of infrared spectroscopy. As part of this thesis work, linking the IRDL and the Diafir Company, various projects of biomedical applications were driven with the aim of developing a MIR spectra analysis methodology. Accordingly, it was necessary initially to characterize the signal obtained from the sensors and to optimize and validate robust measurement protocols for each biofluid tested with the aim to reduce the physical and environmental sources of variability. The medical diagnosis construction from infrared spectra, that are high dimensional data, involves selecting from the whole spectral data set a small number of explanatory variables. Purposely, particular variables selection algorithms were selected to avoid the effect of "black box" by establishing the link with the biochemical functions affected by the disease. This infrared spectral approach allowed identifying previously unrevealed transitions in the time course of pathologies which were not detected from conventional biochemical markers

L'accroissement de la quantité de données à stocker conduit à créer des systèmes de plus en plus performants. Les systèmes d'archivage optique constituent des techniques efficaces pour l'enregistrement et la restitution haute fidélité de ces données. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse portent sur la photofabrication à l'échelle nanométrique de polymères. Le but de ce travail est de réduire la profondeur et/ou les dimensions latérales de ce volume et de mieux comprendre le lien entre le champ lumineux incident et la réponse du matériau. Une technique de polymérisation par ondes évanescentes, développée au laboratoire, a permis de réduire la profondeur de pénétration de la lumière. L'épaisseur des polymères obtenus est comprise entre quelques manomètres et quelques centaines de manomètres. L'étude de la forme et des dimensions latérales des polymères a permis de mettre en évidence la réponse optique et celle liée au matériau. L'inhibition par l'oxygène perturbe la polymérisation. La compétition entre la consommation de 0, lors de la réplication d'une image et sa diffusion a prouvé les insuffisances des modèles simples. Des expériences de polymérisation sous pointe ont été réalisées pour cartographier le champ évanescent. En éclairant la pointe métallique d'un AFM, le champ local à l'extrémité de la pointe subit une forte augmentation. Ce phénomène d'exaltation apporte suffisamment d'énergie pour créer un polymère au voisinage de la pointe. L'effet de la polarisation a été observé, confirmant les prévisions théoriques. La résolution latérale atteinte (-I/9) dépasse les limites de l'optique propagative. Les résultats constituent la première matérialisation de l'exaltation du champ lumineux. Ce travail pluridisciplinaire nous a permis de mieux comprendre les phénomènes physico-chimiques lors de la structuration des films polymères. Il nous permet à présent d'envisager l'enregistrement de données en utilisant un masque à cristaux liquides.