Biocapteur SERS actif basé sur les fibres optiques spéciales pour le diagnostic médical

Discipline

Electronique des Hautes Fréquences, Photonique et Systèmes

Classification

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

Détection, Spectroscopie Raman exaltée de surface, SERS, Fibre optique

Mots-clés

Biocapteurs,

Raman, Effet augmenté en surface,

Fibres optiques,

Cancer -- Diagnostic

Malgré d'importantes percées dans le domaine de la biodétection, nous avons toujours besoin de nouveaux capteurs qui faciliteraient la détection précoce de maladies graves comme le cancer. La biopsie tissulaire classique reste la référence dans de nombreux cas. Bien que cette approche ait montré son potentiel, elle reste invasive pour les patients et les techniques de détection sont fastidieuses ou manquent de sensibilité pour détecter la maladie à un stade précoce. La spectroscopie Raman a démontré son intérêt pour la biodétection. Sa capacité à caractériser la nature chimique, la structure et l'orientation d'un analyte, en fait un candidat idéal. Les pics Raman très nets d'une molécule peuvent être considérés comme une véritable empreinte digitale. Malheureusement, le signal Raman diffusé est extrêmement faible. Cette limitation a été surmontée par la spectroscopie Raman exaltée de surface (SERS), car elle augmente considérablement le signal Raman diffusé tout en maintenant la largeur des pics du spectre d'une molécule. Malheureusement, la plupart des substrats SERS actuels sont soit des surfaces métalliques nano-rugueuses en 2D soit des nanoparticules colloïdales, qui manquent de sensibilité et de fiabilité dans les mesures avec une faible répétabilité et reproductibilité des données. Ces dernières années, des fibres optiques spéciales ont été utilisées comme plateformes SERS. Elles comportent des trous qui s'étendent sur toute leur longueur. Ces trous permettent d'incorporer l'analyte à l'intérieur de la fibre. Ainsi, une telle plate-forme représente une alternative prometteuse aux substrats plans puisque l'analyte et la lumière d'excitation peuvent interagir sur une plus grande longueur à l'intérieur des fibres. De plus, les fibres optiques sont très flexibles, compactes, et permettent un guidage de la lumière à faible perte. Par conséquent, ces capteurs à fibres présentent à la fois les capacités de détection exceptionnelles du SERS, les avantages des fibres optiques et une sensibilité et une fiabilité améliorées. Dans ce manuscrit, nous visons à créer une plateforme de biodétection qui pourrait être utilisée dans un cadre clinique. Pour cela, nous proposons d'optimiser les caractéristiques d'une topologie de fibre déjà existante. Cela nous permet d'augmenter sa sensibilité tout en améliorant sa fiabilité et sa facilité d’utilisation. Grâce à ce capteur amélioré, nous avons pu pour la première fois détecter le biomarqueur du cancer de l'ovaire dans les fluides de kystes cliniques, ce qui nous a permis de différencier le stade du cancer. Par la suite, nous proposons une nouvelle topologie de fibre, spécifiquement conçue pour augmenter encore la sensibilité des sondes à fibre basées sur le SERS. Cette amélioration est réalisée en augmentant la surface d'interaction par rapport aux sondes à fibre standard. Pour cela, le diamètre du noyau est considérablement augmenté et la quantité de lumière qui interagit avec l'analyte est contrôlée avec précision. Nous envisageons que de tels capteurs à fibres fonctionnalisés puissent être incorporés à l'intérieur d'une aiguille de biopsie afin de créer un capteur deux-en-un pour la collecte et l’analyse de fluides corporels. Les limitations associées aux aiguilles de biopsie actuelles, qui exigent une collecte et une analyse des échantillons en deux étapes, pourraient ainsi être surmontées.