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Development of rapid and real-time detection of pathogenic E. coli bacteria using microcavity in-line Mach-Zehnder interferometer (μIMZI)

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Janik, Monika (2019). Development of rapid and real-time detection of pathogenic E. coli bacteria using microcavity in-line Mach-Zehnder interferometer (μIMZI). Thèse. Gatineau, Université du Québec en Outaouais, Département d'informatique et d'ingénierie, 101 p.

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Résumé

Souvent, un diagnostic précoce et précis joue un rôle décisif dans le traitement efficace. Surtout à ce stade, où une décision immédiate doit être prise, comme dans les cas complexes de, par exemple, la septicémie. Ainsi, la détection des biomolécules cibles comme les bactéries a attiré l’attention dernièrement, principalement lorsque les techniques exemptes d’étiquettes sont impliquées, car elles peuvent être beaucoup plus rapides et rentables que celles basées sur les étiquettes. Cette thèse de doctorat présente la première étude à ce jour sur la biodétection sélective sans étiquette avec un interféromètre en ligne de Mach-Zehnder (μIMZI) de microcavité induit dans une fibre optique. Les structures de détection ont été fabriquées dans une fibre monomode par micro-usinage au laser femtoseconde. Le processus de fabrication, l’optimisation ainsi que les essais du capteur sont menées et expliqués dans ce travail. Pour préparer la surface de la microcavité pour d’autres mesures, nous avons appliqué une gravure ionique réactive (RIE). Le processus RIE visait principalement à nettoyer la microcavité et à préparer le dispositif pour d’autres expériences. Comme effet supplémentaire, la mouillabilité de la surface de l’appareil a été améliorée, rendant les mesures RI plus rapides et plus reproductibles. Afin d’identifier la réponse des structures μIMZI à des couches minces, comme le film biologique, et de mieux comprendre son mécanisme, nous avons déposé les films Al2O3 sur l’ensemble de μIMZIs en utilisant la méthode de déposition de couche atomique. Grâce à cette expérience, nous avons trouvé que l’appareil peut être utilisé pour l’investigation des phénomènes qui se déroulent à la surface, comme dans le cas d’applications spécifiques de biodétection sans étiquette. Contrairement à d’autres études de ce schéma de détection, où seule la sensibilité aux changements de l’indice de réfraction dans la cavité a été étudiée, au cours de cette recherche, nous avons utilisé le traitement de surface chimique du capteur pour assurer la spécificité de détection. Des bactériophages et des peptides d’aptamère immobilisés MS2 ont été appliqués en tant qu’éléments de reconnaissance ciblant spécifiquement les bactéries E. coli C3000 et O157:H7 vivantes, pathogènes, respectivement. Il est démontré que le capteur permet une surveillance en temps réel des phénomènes biologiques qui se déroulent à la surface de la microcavité. Le biocapteur développé avec sa sensibilité à l’indice de réfraction ultra-élevée de plus de 15 000 nm/RIU a été capable de détecter des concentrations de bactéries E. coli vivantes aussi basses que 10 unités formant des colonies (CFU)/mL dans le volume de liquide aussi faible que les picoliters. Le capteur μIMZI présente une nouvelle approche innovante comparée à d’autres plates-formes optiques de fibre antérieures inventées. Grâce à une fabrication très précise, l’appareil est petit, hautement reproductible, portatif et capable de travailler en dehors de l’environnement de laboratoire. Le capteur peut facilement être intégré à grande échelle dans des Lab-on-Chips portables. Cela ouvrira la voie des capteurs à fibre optique au diagnostic de point de soins et à l’analyse des échantillons environnementaux comme l’eau et les aliments afin de détecter la présence de bactéries dans un temps très court.

Type de document: Thèse (Thèse)
Directeur de mémoire/thèse: Bock, Wojtek J.
Co-directeurs de mémoire/thèse: Brzozowska, Ewa
Départements et école, unités de recherche et services: Informatique et ingénierie
Date de dépôt: 13 juin 2019 19:21
Dernière modification: 13 juin 2019 19:21
URI: http://di.uqo.ca/id/eprint/1092

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