Transfert d'énergie par résonance de type Förster résolu en temps pour la bio-détection multiplexé des acides nucléiques

par Jiajia Guo

Projet de thèse en Electronique et Optoélectronique, Nano- et Microtechnologies

Sous la direction de Niko Hildebrandt.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Electrical,Optical,Bio: PHYSICS_AND_ENGINEERING , en partenariat avec Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (I2BC) (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 30-09-2015 .


  • Résumé

    Les applications de transfert d'énergie par résonance de type Förster (FRET) sont l'une des techniques les plus prometteuses qui répondent aux exigences d'un diagnostic rapide, simple et multiplexé. Cette technique gagne en popularité dans le domaine du diagnostic en raison de sa forte dépendance en distance qui est compris entre 1 à 20 nm, distance où on peut sonder les intéractions bio-moléculaires. La combinaison des complexes de terbium (Tbs) et des points quantiques semiconducteur (QD)/colorant dans des bio-capteurs de FRET présente de nombreux avantages. Le Tb émet plusieurs lignes d'émission étroite dans une large gamme de longueurs d'onde et des temps de vie (ms) exceptionnellement longues, ce qui permet la détection résolue en tempsdes signaux sans bruit de fond provenant de l'autofluorescence cellulaire et de la fluorescence des accepteurs directement excitée en imposant un délai entre l'excitation et la détection. Par rapport à d'autres biomarqueurs, les biomarqueurs d'acides nucléiques, qui sont impliqués dans le contrôle de l'expression des gènes, sont des membres assez jeunes de la famille des biomarqueurs, mais la découverte de nombreux acides nucléiques (ADN ou ARN) spécifiques pour le sein, le colorectal, l'œsophage, le gastrique, le foie, les cancers du poumons, des ovaires et du pancréas, ont fortement influencé la mise en œuvre des acides nucléiques en tant que biomarqueurs potentiels pour le cancer. L'objectif du projet est de permettre la détection parallèle de différents acides nucléiques. Nous utiliserons différentes distances entre Tb et colorant / QD pour créer des signaux de FRET spécifiques correspondant à différentes séquences d'acide nucléique (multiplexage). Les distances Tb-dye / QD peuvent être réglées par localisation spécifique du donneur Tb en utilisant différentes longueurs d'ADN. Les technologies d'amplification, telles que l'amplification du cercle circulant (RCA) et la réaction en chaîne d'hybridation (HCR), seront utilisées pour obtenir la simplicité, la rapidité, la sélectivité et la sensibilité de la détection d'acide nucléique. Le projet vise à la bio-détection avec des capacités de multiplexage de haut ordre.

  • Titre traduit

    Time-resolved multiplexed Förster Resonance Energy Transfer for nucleic acid biosensing


  • Résumé

    Förster Resonance Energy Transfer (FRET) based applications are one of the most promising techniques that can meet the demands for fast, simple, and multiplexed diagnostic. FRET gains its popularity in the diagnostics field due to the strong distance dependence in the working distances of biomolecular interactions, which is around 1-20 nm. Combining terbium complexes (Tbs) and dye/semiconductor quantum dots (QDs) for FRET biosensors has many advantages. Tbs provide multiple narrow photoluminescence (PL) emission lines in a broad wavelength range and exceptionally long PL excited-state lifetimes (ms), which enable time-gated (TG) detection void of background signals from cellular autofluorescence and directly excited acceptor fluorescence by imposing a time delay between excitation and detection. Compared to other biomarkers, nucleic acid biomarkers, which involve in gene expression control, are quite young members in the biomarker family, but the discovery of many different nucleic acids (DNA or RNA) specific for breast, colorectal, esophageal, gastric, liver, lung, ovarian, and pancreatic cancers, have strongly driven the implementation of nucleic acids as potential cancer biomarkers. The aim of the project is to enable parallel detection of multiple nucleic acids. We will utilize different distances between Tb and dye/QD to create specific FRET signals corresponding to different nucleic acid sequences (multiplexing). The Tb-dye/QD distances can be tuned by specific location of the Tb donor using different lengths of DNA. Amplification technologies, such as rolling circle amplification (RCA) and hybridization chain reaction (HCR), will be used to achieve simplicity, rapidity, selectivity, and sensitivity of nucleic acid detection. The project aims for biosensing with high order multiplexing capabilities.