Le diagnostic médical est un processus complexe et itératif, souvent dépendant de biopsies invasives qui comportent des risques de complications et des délais dans l'obtention des résultats. Pour passer de biopsies ex situ à des biopsies in situ, ce projet s'appuie sur la technologie de laboratoire sur fibre afin de développer une plateforme de diagnostic peu invasive. Le dispositif proposé consiste en une fibre optique flexible à 12 cœurs recouverte de deux couches minces : une couche semi-réfléchissante de Ta2O5 et une cavité optique en SiO2. Ces couches transforment la fibre en un capteur interférométrique. En immobilisant une couche biologique de biosondes sur la surface, le dispositif est converti en un biocapteur capable d'interagir avec les analytes cibles dans l'environnement étudié.

La réponse optique du dispositif a été modélisée en utilisant la Méthode des Matrices de Transfert sous Python. Les variations de l'indice de réfraction du milieu environnant modifient l'intensité globale de la réflectivité en fonction de la longueur d'onde, définissant la sensibilité en volume près du bout de la fibre. À l'inverse, la sensibilité en surface est évaluée par l'ajout d'une biocouche et l'augmentation de son épaisseur, ce qui simule la liaison d'analytes. Cet accroissement du chemin optique induit un décalage mesurable du spectre de réflectivité. Le modèle numérique démontre la capacité du biocapteur à découpler les sensibilités en volume et en surface en ajustant simplement la longueur d'onde de travail.

Afin de caractériser la sensibilité et la résolution du capteur, un montage optique basé sur un éclairage de Köhler en mode réflexion a été conçu. Un filtre angulaire supprime la réflexion spéculaire sur la face avant de la fibre, permettant une interrogation en intensité à des longueurs d'onde discrètes dans le spectre visible. La validation expérimentale utilisant différentes concentrations de glycérol a montré un fort accord avec les simulations numériques : les courbes et les signes de sensibilité de volume se correspondent pour différentes combinaisons de couches interférométriques. La sensibilité la plus élevée atteinte se situe autour de 800%/RIU, avec une résolution de l'ordre de 10-4 RIU.

De plus, la sensibilité en surface, évaluée au moyen d'une technique de dépôt de polyélectrolytes couche par couche et en considérant une épaisseur de bicouche hydratée entre 5 et 10 nm, a été comprise entre 0,13 et 9,05 %/nm selon l'échantillon et le cœur. En s'appuyant sur ces résultats, diverses stratégies de fonctionnalisation ont été développées pour convertir le capteur physique en biocapteur, allant de modifications homogènes à des modifications localisées. Pour ces dernières, un montage optique UV a été construit pour balayer et illuminer des régions d'intérêt spécifiques sur la surface de la fibre. En utilisant un agent de liaison photosensible, la NHS-diazirine, l'immobilisation et l'hybridation localisées d'oligonucléotides ont été réalisées avec succès sur de multiples substrats : lames de verre, conduits d'image, assemblages de fibres à 6000 cœurs et la fibre optique à 12 cœurs. Ces résultats ont été validés soit par imagerie de fluorescence, soit par un suivi en temps réel des interactions biomoléculaires en solution tampon, via la mesure de l'intensité lumineuse moyenne retro-réfléchie par les cœurs de la fibre. En particulier, l'hybridation des oligonucléotides a entraîné une augmentation de 0.75 à 1% du signal normalisé, suivie d'une amplification de 2.5% lors de l'injection de streptavidine. Toutes ces avancées ouvrent la voie à des diagnostics in vivo multiplexés.​​​​​

​​​Direction
Elodie Engel ​Bidal​
Loïc Leroy​