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Biocapteur optique pour détecter la concentration d'Escherichia Coli en microscopie hyperspectrale

En technologie, un capteur est un système qui détecte les changements d'un environnement sous la forme de signaux électromagnétiques et transmet ces informations à un dispositif de lecture. Il doit être adaptable à l'environnement afin d'obtenir les meilleures performances en reconnaissant les signaux à transmettre et ceux à ignorer. Un biocapteur est un système analytique modifié pour la détection de substances biologiques telles que des micro-organismes ou des altérations physico-chimiques dans un environnement biologique. Les principales caractéristiques des biocapteurs sont leur stabilité dans l'environnement, leur sensibilité à la détection des signaux et leur capacité à transmettre les données de manière accessible pour une analyse plus approfondie.

Un exemple de biocapteur pourrait être des sondes fluorescentes qui se lient à une cible spécifique et, sous des conditions contrôlables telles qu'un éclairage laser ou un changement de pH, le signal fluorescent pourrait émettre des informations mesurables sur le sujet à l'étude. En sciences de la vie, les sondes fluorescentes sont utilisées comme biocapteurs à des fins de diagnostic. Puisque la plupart d'entre elles sont utilisées dans la première fenêtre biologique, elles ont le défaut d'avoir une profondeur de pénétration moindre lors d'études in vivo.

Nous présentons ici un groupe de recherche qui a développé des biocapteurs à semi-conducteurs quantiques basés sur la photoluminescence pour la détection d'une infection bactérienne. En fonction de deux conjugaisons d'anticorps différentes, ces biocapteurs pourraient détecter l'E. coli en moins de 120 minutes après l'exposition bactérienne [1]. La photoluminescence a été captée avec le microscope hyperspectral IMA™. Des images de microscopie optique ont été acquises pour estimer la densité de bactéries sur les échantillons sur une période allant jusqu'à 5 heures.

Avec le microscope hyperspectral IMA™, il a été possible de détecter l'E. coli en utilisant la photoluminescence des microstructures GaAs / Al0.33Ga0.67As car le système fournit une résolution spectrale et spatiale. Une série d'expériences avec des mesures de photoluminescence avec différentes concentrations in situ CFU / ml de L. Lactis a été réalisée (voir figure 1). Avec l'utilisation d'une roue à filtres, l'observation des spectres d'émission d'un fluorophore spécifique avec une grande largeur d'émission peut être réalisée. L'IMA™ permet une acquisition rapide avec un focus motorisé pour toute application nécessitant une résolution spectrale élevée car il a l'avantage de détecter des images monochromatiques de l'ensemble du champ de vision au fil du temps afin de ne pas perdre d'information spectrale.

[1] Duplan, V., Frost, E., & Dubowski, J. J. (2011). A photoluminescence-based quantum semiconductor biosensor for rapid in situ detection of Escherichia coli. Sensors and Actuators B: Chemical, 160(1), 46–51. https://doi.org/10.1016/j.snb.2011.07.010