Conception et développement d'un luminomètre portable ultrasensible pour la détection de la bioluminescence

par Jean Kayaian

Thèse de doctorat en Génie électrique, électronique, photonique et systèmes

Sous la direction de Bernard Orsal.

Le président du jury était Pascale Gall-Borrut.

Le jury était composé de Bernard Orsal, Valérie Compan, Daniel Barcelona.

Les rapporteurs étaient Christian Boisrobert, Dominique Fontvieille.


  • Résumé

    Le développement d'un produit portable et performant, tout en limitant les coûts, répond à la croissance du marché de la détection biologique par la méthode de la biochimiluminescence. Cet outil de diagnostic d'hygiène et de qualité en temps réel in situ permet une meilleure sécurité, gestion des risques, traçabilité et surveillance des risques. Cet outil trouvera son application dans les domaines agroalimentaires, médicaux, pharmaceutiques, cosmétologiques, environnementaux (eau, air, surfaces), le tertiaire ou les collectivités. Les intérêts sont industriels, écologiques et économiques, et reflètent le désir de proposer un produit novateur et compétitif sur un marché en plein essor. En effet, la détection de certains contaminants est devenue une priorité dans la gestion des risques microbiologiques. La plupart des méthodes de diagnostic actuelles sont lentes, coûteuses, complexes, et limitées dans leur mise en uvre et leurs résultats. Le diagnostic étant essentiel dans tous les secteurs d'activité, il est impératif d'apporter des solutions alternati ves de détection et de quantification des germes pathogènes ou autre toxiques, par la conception de nouveaux outils d'analyse sur le terrain, en temps réel, avec une rapidité et une sensibilité élevées. Ceci passe par une étude fine des phénomènes de biochimiluminescence (BCL) et par la recherche des différents composants optoélectronique capables de détecter les faibles puissances lumineuses émises. Le projet de conception d'un luminomètre de terrain à base de photodiodes PIN ou avalanche, ou de photomultiplicateurs répond aux besoins de la détection et de la mesure de la puissance lumineuse rayonnée par des réactions spécifique ou non de biochimiluminescence. L'élaboration d'un appareil de mesure portable destiné à la quantification in situ de biomasse ou molécules à l'état de traces est nécessaire à l'exploitation des réactifs. En effet, les appareils existants fournissent une information en RLU (Relative Light Unit, unité arbitraire qui né cessite une comparaison à un étalon connu) et ne donnent pas une information quantifiée directe sur la concentration de l'élément recherché dans l'échantillon testé. Ils ne permettent donc pas d'optimiser la biochimiluminescence sur le terrain. L'objectif de ce travail est de mettre au point une alternative plus performante que les systèmes de détection actuels et qui soit moins onéreuse.

  • Titre traduit

    Conception and development of an ultrasensitive portable luminometer for the bioluminescence detection


  • Résumé

    The development of a portable and efficient device, while reducing costs, meets the growing market for biological detection by the method of biochimiluminescence. This diagnostic tool of hygiene and quality in real time in situ allows for better security, risk management, traceability and risk monitoring.This tool will find application in the areas food, medical, pharmaceutical, cosmetic, environmental (water, air and surfaces), the tertiary or communities. Interests are industrial, environmental and economic, and reflect the desire to offer an innovative and competitive device in a booming market.Indeed, the detection of contaminants has become a priority in the management of microbiological hazards. Most current diagnostic methods are slow, costly, complex and limited in their implementation and their results.The diagnosis is essential in all industries, it is imperative to provide alternative solutions for the detection and quantification of pathogens or other toxic by the conception of new analytical tools in situ in real time with speed and high sensitivity. This requires a detailed study of biochimiluminescence (BCL) phenomena and the search for various optoelectronic components capable of detecting low power emitted light.The projet for the conception of a field-luminometer based on avalanche photodiodes, or PIN, or photomultiplier responds to the needs of detecting and measuring the light power radiated by reactions biochimiluminescence specific or not. The development of a portable measuring device for in situ quantification of biomass or molecules trace is necessary for the operation of the reactants.Indeed, existing devices provide information in RLU (Relative Light Units, arbitrary units implying a comparison to a known standard) and do not give a direct quantified information on the concentration of the desired item in the test sample. So, they do not optimize biochimiluminescence field. The objective of this work is to develop an alternative more efficient than current detection systems and is less expensive.

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