Thèse soutenue le 17 juillet 2023 pour obtenir le grade de docteur de la Communauté Université Grenoble Alpes - Spécialité : Physique pour les Sciences du Vivant

Résumé :
Poser un diagnostic nécessite parfois l’utilisation de techniques d’imagerie telles que l’imagerie par résonance magnétique (IRM), la tomodensitométrie (CT) ou l’endoscopie. L’endoscopie est une technique peu invasive, largement répandue, dédiée à l’imagerie tissulaire in vivo. Cependant, elle fournit uniquement un examen visuel sans aucune information biochimique. Le projet vise à améliorer la technique d’endoscopie en y associant une fonction de bioreconnaissance et à créer un outil capable de réaliser une « biopsie optique en temps réel ». Un tel outil pourrait apporter des progrès significatifs dans le domaine médical et aider les médecins à diagnostiquer les maladies plus rapidement.
Dans ce contexte, cette thèse vise à contribuer au développement de nouveaux biocapteurs sur des assemblages de fibres optiques de taille micrométrique capables de réaliser des analyses multiplexées, à distance, en temps réel, et sans marquage. Pour atteindre cet objectif, nous proposons un dispositif constitué d’un assemblage de fibres optiques sur lequel sont déposées deux couches minces : une couche interne réfléchissante et une cavité. Le principe de détection est basé sur l’interférométrie. En fonctionnalisant la surface de l’assemblage de fibres avec des sondes biologiques, les interactions moléculaires avec leurs cibles peuvent être suivies via la modulation des interférences. Grâce à la simulation du phénomène d’interférences se produisant à l’extrémité de chaque fibre, nous avons déterminé les paramètres géométriques et optiques des couches interférométriques conférant au capteur une performance optimale pour détecter les changements d’indice de réfraction du milieu analysé. Par la suite, des assemblages de fibres ayant des couches interférométriques appropriées ont été produits. Ils ont ensuite fait l’objet d’une caractérisation optique pour déterminer leur performance réelle en terme de réponse spectrale, sensibilité et résolution aux variations d’indice de réfraction.
Les résultats expérimentaux ont été comparés à la simulation, ce qui a permis de constater la concordance entre les deux approches. Ensuite, des chimies de surface, adaptées à la composition des couches interférométriques, comme l’aminosilanisation, ont été étudiées et adaptées à la géométrie et à la taille des assemblages de fibres. Enfin, des assemblages de fibres ayant été fonctionnalisés avec succès à l’aide de plusieurs sondes différentes ont été utilisés pour démontrer la preuve de concept de la détection biomoléculaire multiplexée à distance et en temps réel.

Jury :
Présidente : Élise Ghibaudo
Rapporteure : Laura M. Lechuga Gómez
Rapporteur : Sylvain Magne
Examinateur : Emmanuel Bossy
Examinateur : Yann Chevolot
Directeur de thèse : Arnaud Buhot
Co-encadrante de thèse : Élodie Engel
Co-encadrant de thèse : Loïc Leroy

Mots clés :
Biocapteur, assemblages de fibres optiques, interférométrie, détection moléculaire multiplexée, biodétection sans marquage, temps réel

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