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Theses Year : 2008

Fiber optic biosensors on functionalized titled fiber Bagg gratings

Biocapteurs à fibres optiques fondés sur les réseaux de Bragg en angle fonctionnalisés

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Abstract

The purpose of this research work is to investigate the possibility of using tilted fiber Bragg grating technology to provide an alternative solution for molecular detection in aqueous solutions, suitable for in situ measurements and simpler to use than conventional monitoring instruments. As a tilted …ber Bragg grating is sensitive to any change in the refractive index of the medium surrounding the cladding, this refractometer can be used as a transducer for biosensing applications if the silica …ber surface is biofunctionalized. One of the great challenges to be met in the preparation of biosensors is the strategy for immobilization of the biospeci…c molecule onto the transducer. The binding of the target molecule to the immobilized probe results in changes in the thickness and/or the refractive index of the biofilm, which modulates the spectral response of the grating. The sensitive area of the refractometer combines two complementary functions: on the one hand, the biospeci…c biofilm enables one to detect the target molecule by converting binding events into physical changes of the sensitive layer; on the other hand, the tilted …ber Bragg grating translates this thickness / refractive index modi…cation into a spectral modulation. Bovine serum albumin (BSA) and anti-BSA are used to assess the performances of the tilted-…ber-Bragg- grating-based biosensors. The implementation of a fast measurement technique has contributed to improve the performances of the detection process for low concentrations of target molecules in solution (10 -5 voire 10 -6 g/L). Therefore, the early results seem promising and could provide a conceptual basis for future research: it hbeen demonstrated that a label-free biosensor based on a tilted …ber Bragg grating is able to follow, in real 2. Time, biological interactions taking place at the surface of the sensitive bio…lm. Therefore, this study provides a base for future work regarding, for instance, water pollution monitoring.
Ces travaux s'inscrivent dans un projet de développement de solutions alternatives simples à mettre en oeuvre destinées à la détection in situ de molécules dans les milieux aqueux. Aussi cette étude vise-t-elle à concevoir un modèle de Capteur à Fibres Optiques biosélectif fondé sur la technologie des réseaux de Bragg en angle, dits aussi réseaux blazés, composants « tout …fibre » sensibles aux variations d'indice de réfraction du milieu qui les entoure. Ce type de réfractomètre devient potentiellement sensible vis-à-vis d'une unique molécule cible si la surface du substrat de silice que constitue la fibre optique est biofonctionnalisée, ce qui consiste à greffer, en surface du capteur, un biofilm conçu pour réagir de manière sélective. L'accrochage de la molécule cible sur le biofilm se traduit alors par des variations d'épaisseur et/ou d'indice du film qui se répercutent sur la réponse spectrale du réseau blazé. La partie sensible d'un tel réfractomètre intègre donc deux fonctions transductrices complémentaires : d'une part le biofilm permettant la détection sélective de la molécule cible en codant l'évènement sous forme d'une variation physique de la couche sensible, et d'autre part le réseau blazé transformant cette variation d'épaisseur / indice en une modi…cation du spectre lumineux qu'il transmet. Le couple BSA (albumine de sérum bovin) / anti-BSA a servi de modèle pour la mise au point de tels biocapteurs. L'implémentation d'une méthode de mesure de l'indice de réfraction rapide a contribué à l'amélioration des performances en termes de détection de molécules cibles à très faibles concentrations (10 -5 voire 10 -6 g/L). Aussi les résultats obtenus rendent-ils prometteur l''usage de la réfractométrie à réseau de Bragg en angle dans la réalisation de biocapteurs : ces travaux ont démontré que cette technique permet de suivre, en temps réel et sans usage de marqueurs, les interactions se déroulant en surface de la gaine optique. Leur poursuite pourrait permettre de mettre au point de nouvelles techniques de détection des polluants dans les milieux aquatiques.
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tel-02271294 , version 1 (26-08-2019)

Identifiers

  • HAL Id : tel-02271294 , version 1

Cite

Séverine Maguis. Biocapteurs à fibres optiques fondés sur les réseaux de Bragg en angle fonctionnalisés. Instrumentations et Détecteurs [physics.ins-det]. Ecole Centrale Lyon, 2008. Français. ⟨NNT : 2008ECDL0031⟩. ⟨tel-02271294⟩

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