SOUTENANCE DE THESE
25/11/2014
SEREDA Alexandra 25/11/14 Auditorium de l’Institut d’Optique Graduate School à 14h.

SUJET :  Imagerie multi-spectrale par résonance des plasmons de surface : développement et applications.


Thèse préparée au laboratoire : Laboratoire Charles Fabry, Institut d’Optique Graduate School (thèse CIFRE en collaboration avec HORIBA Scientific)

Sous la direction de Dr. Michael CANVA
Son directeur de recherches.
SOUTENANCE DE THESE AYANT POUR JURY :
(indiquer les noms par ordre alphabétique)
• Dr. Wilfrid BOIREAU (FEMTO-ST, Besançon, France)
• Dr. Michael CANVA (Laboratoire Charles Fabry, Palaiseau, France)
• Dr. Paul CHARRETTE (Université de Sherbrooke, Sherbrooke, Canada)
• Dr. Patrick ENGLAND (Institut Pasteur, Paris, France)
• Dr. Sandrine LEVEQUE-FORT (Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay, Orsay, France)
• Dr. Thierry LIVACHE (CEA, Grenoble, France)
• Dr. Emmanuel MAILLART (HORIBA Scientific, Palaiseau, France)
• Dr. Julien MOREAU (Laboratoire Charles Fabry, Palaiseau, France)

RESUME

Dépistage du VIH, test de grossesse, mais également surveillance des eaux, détection de contaminants agro-alimentaires : la biodétection est au coeur des problématiques de santé actuelles. Dans ce contexte, les biocapteurs plasmoniques connaissent depuis quelques années un essor particulièrement important : de plus en plus de sociétés, telles que HORIBA Scientific, proposent des prototypes commerciaux, destinés tant à des utilisateurs du domaine de la recherche que de l'industrie.
Basée sur le phénomène de résonance des plasmons de surface (communément appelé SPR) la biodétection plasmonique repose sur l'extrême sensibilité d’une onde évanescente se propageant à l’interface entre un film d’or, la biopuce, et le milieu diélectrique couvrant, siège des interactions biomoléculaires étudiées. De manière plus concrète, toute adsorption de matériel biologique se produisant à cette interface entraîne une modification importante des propriétés optiques d’un faisceau de lumière réfléchi par la biopuce : le principe de transduction par SPR consiste alors à mesurer directement ces variations. A l'heure actuelle, différents modes d'interrogation, offrant des performances intéressantes, mais également des limitations propres à chaque configuration.
Pour répondre aux exigences de précision et de dynamique de mesure posées par de nombreuses applications, un développement théorique et instrumental, présenté dans ce document, a été initié dans le but de proposer un nouveau un nouveau mode d'interrogation des biopuces plasmoniques : l'interrogation multi-spectrale. Les résultats obtenus par cette technique ont été exploités pour concevoir et réaliser une source multi-spectrale à base de LEDs, particulièrement avantageuse vis-à-vis des configurations existant à l'heure actuelle. La caractérisation du système développé dans le cadre du diagnostic génétique (mucoviscidose) et celui du cancer, ouvre la voie à une nouvelle génération de biodétecteurs performants, compacts et de coût relativement raisonnable, présentant un potentiel industriel certain.


Résumé en anglais :

Biodetection is at the core of the current health concerns, as shown through the variety of applications to HIV screening, food contaminant analysis or water quality monitoring. In this field, plasmonic biosensing is a well-established label-free technique on the market: commercial systems from HORIBA Scientific are currently available for both research and industrial users.
Based on the surface plasmon resonance (SPR) phenomenon, plasmonic biodetection uses the high sensitivity of an evanescent wave propagating along a metallic film (forming the biochip) and the surrounding dielectric medium interface. More specifically, the adsorption of biomolecules onto the metal surface induces a strong change in the optical properties of a light beam reflected by the biochip: the main principle of plasmonic transduction consists in measuring these physical changes. Several interrogation techniques have therefore been developed to access such optical information, but they fail in meeting the most demanding user requirements for precise, real-time, high-throughput measurement.
Initiated by these issues, the instrumentation work presented in this document has led to the development of a novel SPR interrogation technique, referred to as multi-spectral interrogation. Moreover, the promising results obtained have been pushed forward to propose a multi-spectral illumination system based on LEDs, providing attractive performances compared to existing configurations. The biosensing potential of the developed system, demonstrated through applications to genetic diagnosis and cancer detection, opens the door to a new generation of compact, high-performance, low-cost SPR sensors.