Optical detection of (bio)molecules

par Kun Jia

Thèse de doctorat en Optique et Nanotechnologies

Sous la direction de Elena Rodica Ionescu.

Soutenue le 10-12-2013

à Troyes , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube) , en partenariat avec China Scolarship Council .

Le président du jury était Pierre-Michel Adam.

Le jury était composé de Elena Rodica Ionescu, Pierre-Michel Adam, Nicole Jaffrezic-Renault, Eric Lesniewska, Thierry Leichlé, Robert Marks.

Les rapporteurs étaient Nicole Jaffrezic-Renault, Eric Lesniewska.

  • Titre traduit

    Détection optique des (bio)molécules


  • Résumé

    Les biocapteurs optiques ont connu une évolution sans précédent au cours des dernières années, principalement en raison de la forte interaction entre la biotechnologie, l’optique et la chimie des matériaux. Dans cette thèse, deux différentes plates-formes de biocapteurs optiques ont été conçues pour la détection sensible et spécifique des biomolécules. Plus précisément, le premier système de détection optique est construit sur la base de la bioluminescence de cellules bactériennes d'Escherichia coli génétiquement modifiées. L’émission de lumière induite par cette interaction peut donc être utilisée pour la détection des substances toxiques. Le second système utilise des nanoparticules de métaux précieux (or et argent) aux propriétés plasmoniques accordables qui permettent de sonder les interactions des biomolécules spécifiques à l'interface nano-bio par la résonance plasmonique de surface (LSPR). Ces nanoparticules ont été obtenues par traitement thermique à haute température d’un film métallique déposé sur du verre à l’aide d’une grille de TEM ou déposé sur une couche de bactéries fixée sur le verre. Après une optimisation appropriée des nanostructures métalliques en termes de morphologie et de fonctionnalisation, une sensibilité élevée et une grande spécificité peuvent être simultanément obtenues avec ces immunocapteurs plasmonique. Ces deux plateformes ont été utilisées pour détecter des pesticides comme le carbofuran et l’atrazine


  • Résumé

    Optical biosensors have witnessed unprecedented developments over recent years, mainly due to the lively interplay between biotechnology, optical physics and materials chemistry. In this thesis, two different optical biosensing platforms have been designed for sensitive and specific detection of (bio)molecules. Specifically, the first optical detection system is constructed on the basis of bioluminescence derived from engineered Escherichia coli bacterial cells. Upon stressed by the toxic compounds, the bacterial cells produce light via a range of complex biochemical reactions in vivo and the resulted bioluminescent evolution thus can be used for toxicant detection. The bacterial bioluminescent assays are able to provide competitive sensitivity, while they are limited in the specificity. Therefore, the second optical detection platform is built on the localized surface plasmon resonance (LSPR) immunosensors. In this optical biosensor, the noble metal (gold and silver) nanoparticles with tunable plasmonic properties are used as transducer for probing the specific biomolecules interactions occurred in the nano-bio interface. These nanoparticles were obtained after a high temperature thermal treatment of an initially thin-metallic film deposited on a glass substrate through a TEM grid or on a bacteria layer fixed on the glass. After appropriate optimization on metal nanostructures morphology and surface biomodification, the applicable sensitivity and specificity can be both guaranteed in this LSPR immunosensor


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