Industries alimentaires, défense, industries pharmaceutiques, dispositifs de contrôle de la pollution… partout où des analyses récurrentes sont nécessaires, il est crucial de disposer de capteurs biologiques fiables, peu chers et peu encombrants, capables de détecter des composés chimiques et biochimiques tels que des allergènes, des protéines ou des métaux lourds. La biophotonique, domaine qui recouvre les applications biotechnologiques et médicales de la physique de la lumière, est prometteuse pour le développement de tels capteurs.
• L'équipe Nanométrologie et microsystèmes pour les sciences du vivant du département d'Optique de l'institut FEMTO-ST s'est penchée sur le problème, en se concentrant notamment sur le diagnostic des allergies alimentaires. Ce travail a eu lieu dans le cadre de l'ACI biopuce allergie Ÿ, en partenariat avec l'INRA. Le principe fondamental d'un tel capteur repose sur l'idée qu'une onde lumineuse interagit avec son environnement immédiat et que ses propriétés changent suivant l'espèce chimique qu'elle rencontre. Plus spécifiquement, l'objectif de ce travail fut donc de suivre les modifications induites sur la lumière lorsque celle-ci est en contact avec une monocouche de biotine* qui elle-même réagit, au cours du temps, avec de l'avidine présente dans le milieu à tester. La sensibilité de ce système permet alors de mesurer la concentration de l'avidine à la surface.
• Pour des questions de miniaturisation du capteur, les éléments de détection du signal ont été intégrés sur une fibre optique dans laquelle l'onde lumineuse se propage. L'équipe s'est alors attachée à fabriquer une cavité au c¶ur de la fibre, d'une longueur pouvant varier de 1 à 10 mm et d'une profondeur de 60 micromètres. Une monocouche de biotine est déposée à la surface.
Cette cavité, qui va servir d'interféromètre dit de Fabry-Perot Ÿ, a pour rôle de rendre mesurables les informations contenues dans la lumière. Pour fabriquer cet interféromètre, deux miroirs, orthogonaux à la fibre, ont été insérés de part et d'autre de la cavité.
• L'entreprise technologique était ambitieuse. Au final, l'équipe a démontré la pertinence du système et sa faisabilité. Dès lors, il est possible d'envisager la conception de capteurs biophotoniques directement intégrés dans une fibre optique. Outre la miniaturisation, cette configuration présente des avantages notables. D'une part, les fibres peuvent être multiplexées : plusieurs cavités Fabry-Perot, sensibles à différentes espèces chimiques, peuvent être disposées le long d'une même fibre. D'autre part, cette sonde fonctionne en continu et possède une haute résolution. Si du temps de développement est encore nécessaire pour finaliser complètement ce travail, la preuve est néanmoins faite aujourd'hui que le système imaginé par l'équipe fonctionne.
* La biotine est une vitamine qui intervient dans de nombreux mécanismes biologiques. Elle est fixée par l'avidine, protéine qui rentre dans la composition du blanc d'¶uf. Cette fixation est particulièrement rapide et stable. C'est pourquoi ce couple est souvent utilisé pour les tests et les essais.
Ryad Bendoula – Tijani Gharbi
Département d'Optique P-M. Duffieux
Institut FEMTO-ST
Université de Franche-Comté / UTBM / ENSMM / CNRS (UMR 6174)
Tél. 03 81 66 64 20 / 64 61
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