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Sujet de la thèse

Développement de biocapteurs sur fibres optiques pour le diagnostic moléculaire in vivo

Publié le 26 avril 2023
Offre de thèse financée ​par le projet AMIS (Analyse Moléculaire In Situ) dans le contexte de l’IRGA Financement du salaire et de l’environnement.​

Vue artistique des biocapteurs développés


Contexte :
L’objectif du projet de recherche AMIS est de contribuer au développement de biocapteurs innovants capables d'effectuer une analyse moléculaire en temps réel, à distance, in situ et multiplexée destinés à terme à remplacer les biospies, procédures longues et invasives. S’appuyant sur notre expérience des biocapteurs plasmoniques sur fibres1,2,3, nous proposons de développer ces biocapteurs sur un assemblage de fibres optiques interférométriques (Fig.1). Un travail préliminaire nous a permis de déterminer les indices optiques et les épaisseurs des couches interférométriques à déposer en extrémité de fibres pour leur conférer une sensibilité aux variations d’indices optiques. Ces résultats nous ont permis de préparer différents échantillons (lames de verre, mono-fibres, multifibres, fibres multicœurs) recouverts de couches interférométriques ad hoc.

Figure 1 - A) Principe physique. B) Fibre insérée dans une aiguille. 
C) Exemple de fibre multi-cœurs (12 cœurs, iXblue)

Rôle du doctorant :​
Le/la doctorant.e commencera par prendre en main ces différents échantillons en caractérisant leur résolution et leur sensibilité aux variations d’indice optique. Cette caractérisation lui permettra de se familiariser avec le montage optique, de réaliser les mesures (analyses spectrales et mesures d’intensité) et de traiter les données associées. Il/elle travaillera ensuite sur la mise en œuvre de nouvelles méthodes de fonctionnalisation optique4. Il s’agira de déterminer les protocoles pour fonctionnaliser l’extrémités des fibres sur plusieurs zones distinctes ayant des diamètres d’environ 10 µm (pour des assemblages de fibres présentant des diamètres entre 300 µm et 3 mm). Le/la doctorant.e devra s’intéresser à la fois aux aspects liés à l’optique (montage optique, irradiation UV) et à la chimie de surface5 (préparation et greffage des sondes). Cela nécessitera de développer des compétences pluridisciplinaires en chimie et en optique. Il/elle sera bien entendu accompagné.e par les physiciens et biochimistes de l’équipe CREAB pour avancer dans cette mise au point qui constituera une importante partie de son travail de thèse. L’autre partie importante concernera la validation biologique du capteur. Une fois fonctionnalisé, celui-ci devra démontrer ses capacités de multi-détection. Pour cela, le/la doctorant.e devra réaliser des détections de plusieurs cibles biologiques dans des milieux de plus en plus complexes et de plus en plus « solides ». Il sera nécessaire de mettre en œuvre des méthodes de passivation robustes pour éviter des détections non spécifiques voire une passivation progressive du capteur. Le/la doctorante sera accompagné.e dans cette tâche par les chercheurs du BrainTech Lab impliqués dans le projet. L’objectif final sera de réaliser une détection multiplexée de biomarqueurs d’intérêt dans un modèle de tissu cérébral.

Compétences développées :
Au cours de cette thèse, le/la doctorant.e acquerra ou renforcera ses compétences en instrumentation optique, optique théorique, traitement d’images, chimie de surface, biochimie dans le contexte très pluridisciplinaires des biocapteurs.

Références :
[1] Vindas, K., et al. Enhanced sensitivity of plasmonic optical fiber sensors by analyzing the distribution of the optical modes intensity. (2020) Optics Express Vol. 28, Issue 20, pp. 28740-28749. doi.org/10.1364/OE.399856
[2] Desmet, C., et al. Multiplexed Remote SPR Detection of Biological Interactions through Optical Fiber Bundles. (2020) Sensors, MDPI, Vol 20 (2), p.511. doi.org/10.3390/s20020511
[3] Vindas, K., et al. Highly-Parallel Remote SPR Detection of DNA Hybridization by Micropillar Optical Arrays. (2019) Analytical and Bioanalytical Chemistry, Vol 411, p2249-2259 doi.org/10.1007/s00216-019-01689-2
[4] Alvarado Meza, R., et al. Optically Assisted Surface Functionalization for Protein Arraying in Aqueous Media. (2017) Langmuir 33, 10511-10516
[5] Dendane N., et al. Efficient Surface Patterning of Oligonucleotides Inside a Glass Capillary through Oxime Bond Formation. (2007) Bioconjugate Chem. 18, 671 doi.org/10.1021/bc060254v

Autres informations :
Contact : Élodie Bidal
Co-encadrants : Loïc Leroy et Arnaud Buhot
Début et durée de la thèse : octobre 2023, 36 mois
Lieu : CEA, Grenoble, polygone scientifique
https://www.cea.fr/Pages/le-cea/les-centres-cea/grenoble.aspx
Laboratoire : SyMMES,
Equipe : CREAB,
Documents requis pour les candidats : CV, lettre de motivation, lettre(s) de recommandation