Biophotonique

Sondes de lumières résonantes intégrées sur puces pour la détection d'espèces biologique et le diagnostique dynamique en bio-métrologie des processus de la matière molle.

Goutte contenant une espèce biologique

Vision d’artiste : nos recherches se situent dans le domaine des nanotechnologies à base de photonique intégrée et senseurs en métrologie pour la biodétection d’espèce biologique (comme le glucose), la santé (intéraction lipides/protéines au niveau cellulaire), l’étude des processus fondamentaux de la matière molle (sédimentation en matière molle) et est bâti sur un socle fédérateur de compétences fortes existant au sein d’Instituts de Recherche CNRS et INRA rennais.

Applications : détection de glucose, mesures de transition de phases en matière molle et biologie, mesures de températures de changements d’états, mesures et suivi de sédimentation, mesures de masse extra fine, mesures des temps d’association/dissociation moléculaires et suivi d’intéractions lipides et protéines…

Principe et méthode : le principe de tels senseurs intégrés sur puce, utilisant la lumière piégée comme sonde de détection localisée spatiallement, est basé sur la réalisation de géométries bouclées, comme les sphères, les disques, les anneaux, les stades…en matériaux polymères ou plastiques. Cette lumière pourra circuler  en se localisant sur les bords (voir figures, imagerie d’un anneau ou micro-résonateur, lumière piégée en circulation). La lumière se comportant aussi comme une onde, elle sera ainsi en capacité de ‘résonner’ tout comme c’est le cas en acoustique et musique !
 

Imagerie d'un anneau

Lumière piégée en circulation

 
Le principe repose ainsi sur le contrôle et la manipulation de lumière (ou photons) via leurs modes résonants optiques quantifiés (par la condition de ‘re-bouclage géométrique’ précédente) qui pourront alors interagir avec la matière environnante et donc la ‘scruter’ ou bien l’analyser. C’est une forme d’interaction  lumière localisée et résonante avec la matière et les substances à étudier. La lumière sera alors définit par un peigne périodique, de période Dl, constitués de différentes longueurs d’onde ou pics de longueurs d’onde. Cette lumière adéquate sera alors utilisée pour la détection d’espèces en biologie, le suivi de la dynamique des temps d’interaction lumière/matière de processus spécifiques en matière molle comme les dépôts et sédimentations de microparticules et colloïdes en goutte, mesures de masses, les estimations de viscosité de solvants et diffusion, les mesures des temps d'association/dissociation de biomolécules ciblées (protéines/peptides et bactéries alimentaires) avec des membranes cellulaires (lipides) en biologie, en exploitant le concept dans sa globalité de ‘sondes de lumière résonante intégrée ' à savoir la modification des caractéristiques de la lumière sonde résonante (décalage du peigne-spectre des résonances, puis de la forme des pics de résonance à savoir largeur à mi-hauteur dl, finesse, étalement, visibilité, contraste ou taux d’extinction des résonances, …).

Quelques résultats

  • Des senseurs dédiés aux mesures fines de concentration en glucose. La courbe représente le décalage des pics de résonances de la lumière en fonction de la concentration de glucose en solution ‘ressentie’.

Mesures fines de concentration de glucose-SPM
  •  Des senseurs dédiés aux mesures de transition de phase en matière molle et biologie avec détermination des températures de changement d’état. Les figures représentent le principe et protocole de mesure sur  plateforme expérimentale biophotonique puis la mise en évidence d’une transition de phase du premier ordre gel/liquide de lipides.  

Mesures de transition de phase en matière molle-spm

Détermination des températures de changement d'état-SPM

 
Contact consortium :
 
Bruno Bêche, Institut de physique de Rennes
Véronique Vié, Institut de physique de Rennes
Hervé Lhermite, Institut d’Electronique et des Télécommunications de Rennes
Claire Bourlieu, Inra-Agrocampus Ouest
Didier Dupont, Inra-Agrocampus Ouest