Development of rapid and real-time detection of pathogenic E. coli bacteria using microcavity in-line Mach-Zehnder interferometer (μIMZI)

Souvent, un diagnostic precoce et precis joue un role decisif dans le traitement efficace. Surtout a ce stade, ou une decision immediate doit etre prise, comme dans les cas complexes de, par exemple, la septicemie. Ainsi, la detection des biomolecules cibles comme les bacteries a attire l’attention dernierement, principalement lorsque les techniques exemptes d’etiquettes sont impliquees, car elles peuvent etre beaucoup plus rapides et rentables que celles basees sur les etiquettes. Cette these de doctorat presente la premiere etude a ce jour sur la biodetection selective sans etiquette avec un interferometre en ligne de Mach-Zehnder (μIMZI) de microcavite induit dans une fibre optique. Les structures de detection ont ete fabriquees dans une fibre monomode par micro-usinage au laser femtoseconde. Le processus de fabrication, l’optimisation ainsi que les essais du capteur sont menees et expliques dans ce travail. Pour preparer la surface de la microcavite pour d’autres mesures, nous avons applique une gravure ionique reactive (RIE). Le processus RIE visait principalement a nettoyer la microcavite et a preparer le dispositif pour d’autres experiences. Comme effet supplementaire, la mouillabilite de la surface de l’appareil a ete amelioree, rendant les mesures RI plus rapides et plus reproductibles. Afin d’identifier la reponse des structures μIMZI a des couches minces, comme le film biologique, et de mieux comprendre son mecanisme, nous avons depose les films Al2O3 sur l’ensemble de μIMZIs en utilisant la methode de deposition de couche atomique. Grâce a cette experience, nous avons trouve que l’appareil peut etre utilise pour l’investigation des phenomenes qui se deroulent a la surface, comme dans le cas d’applications specifiques de biodetection sans etiquette. Contrairement a d’autres etudes de ce schema de detection, ou seule la sensibilite aux changements de l’indice de refraction dans la cavite a ete etudiee, au cours de cette recherche, nous avons utilise le traitement de surface chimique du capteur pour assurer la specificite de detection. Des bacteriophages et des peptides d’aptamere immobilises MS2 ont ete appliques en tant qu’elements de reconnaissance ciblant specifiquement les bacteries E. coli C3000 et O157:H7 vivantes, pathogenes, respectivement. Il est demontre que le capteur permet une surveillance en temps reel des phenomenes biologiques qui se deroulent a la surface de la microcavite. Le biocapteur developpe avec sa sensibilite a l’indice de refraction ultra-elevee de plus de 15 000 nm/RIU a ete capable de detecter des concentrations de bacteries E. coli vivantes aussi basses que 10 unites formant des colonies (CFU)/mL dans le volume de liquide aussi faible que les picoliters. Le capteur μIMZI presente une nouvelle approche innovante comparee a d’autres plates-formes optiques de fibre anterieures inventees. Grâce a une fabrication tres precise, l’appareil est petit, hautement reproductible, portatif et capable de travailler en dehors de l’environnement de laboratoire. Le capteur peut facilement etre integre a grande echelle dans des Lab-on-Chips portables. Cela ouvrira la voie des capteurs a fibre optique au diagnostic de point de soins et a l’analyse des echantillons environnementaux comme l’eau et les aliments afin de detecter la presence de bacteries dans un temps tres court.