Développement de guides d'ondes planaires de TiO2 optiquement actifs pour biopuces à ondes évanescentes

Fluorescence microarrays are used in molecular biology and for diagnostic. Usually, only « end-point » signals are considered but real-time measurements give access to additional precious data. Using fluorescence microarrays, such experiments are limited by the fluorescence of the hybridization mix concentrated in labeled target molecules. To reduce this background, a strategy consists into exciting selectively the surface using guided waves confined within the substrate. Best performances correspond to thin optical planar waveguides with a background reduction factor of 103 and an increase of the excitation irradiance by a factor of 104 due to confinement effects. For such systems, the main issue of concern is the complexity of the guided wave coupling set-up. In this work, we propose a simpler, innovative and effective way by doping the waveguide itself with a fluorophore. First, we develop a low temperature sol-gel process to elaborate planar waveguides with high refractive index and low optical losses. Then, an europium complex is incorporated in the waveguides for the evanescent wave coupling. Corresponding films have good optical properties and high absorption rates. The guided fluorescence of the doping molecules allows the excitation of biological spots proving the feasibility of this coupling system. The excitation is homogeneous with sensitivity similar to conventional geometry. Finally, surface functionalization was investigated to bind biomolecules on the surface. The final system was used for biological experiments in the presence of a fluorescent hybridization mix. A significant reduction of the background was observed compared to conventional geometry.Les biopuces sont utilisées en biologie moléculaire et pour le diagnostic. La lecture est généralement réalisée en «end-point» mais le suivi en temps réel donne accès à des données complémentaires. Avec les biopuces à fluorescence, ces expériences sont limitées par 1fluorescence de la solution d'hybridation contenant les cibles marquées. Pour atténuer ce signal parasite, il est possible d'exciter sélectivement la surface avec une onde guidée dans le substrat. L'utilisation de guides d'ondes minces permet de diminuer le signal parasite d'un facteur 103 et d'augmenter l'éclairement d'un facteur 104 par effet de confinement. La principale difficulté concerne le couplage de l'onde guidée. Dans ce travail, nous proposons un système de couplage innovant, simple et efficace basé sur l'incorporation de fluorophores dans les guides. Tout d'abord, un procédé sol-gel de synthèse à basse température de guide d'ondes à haut indice avec de faibles pertes optiques a été développé. Un chélate d'europium est ensuite incorporé à la matrice pour le couplage. Les couches dopées ont de bonnes propriétés optiques et des taux d'absorption élevés. La fluorescence guidée des sources permet l'excitation de spots biologiques ce qui valide l'architecture proposée. L'éclairement est homogène avec une sensibilité équivalente à celle d'un système conventionnel. Enfin, la fonctionnalisation de la surface a été étudiée pour permettre l'accrochage de biomolécules en surface. Le système développé a permis la réalisation d'expériences biologiques complètes en présence d'une solution d'hybridation. Une diminution significative de la fluorescence parasite a été mesurée par rapport au système conventionnel

Développement de guides d'ondes planaires de TiO2 optiquement actifs pour biopuces à ondes évanescentes

Les biopuces sont utilisées en biologie moléculaire et pour le diagnostic. La lecture est généralement réalisée en end-point mais le suivi en temps réel donne accès à des données complémentaires. Avec les biopuces à fluorescence, ces expériences sont limitées par 1fluorescence de la solution d'hybridation contenant les cibles marquées. Pour atténuer ce signal parasite, il est possible d'exciter sélectivement la surface avec une onde guidée dans le substrat. L'utilisation de guides d'ondes minces permet de diminuer le signal parasite d'un facteur 103 et d'augmenter l'éclairement d'un facteur 104 par effet de confinement. La principale difficulté concerne le couplage de l'onde guidée. Dans ce travail, nous proposons un système de couplage innovant, simple et efficace basé sur l'incorporation de fluorophores dans les guides. Tout d'abord, un procédé sol-gel de synthèse à basse température de guide d'ondes à haut indice avec de faibles pertes optiques a été développé. Un chélate d'europium est ensuite incorporé à la matrice pour le couplage. Les couches dopées ont de bonnes propriétés optiques et des taux d'absorption élevés. La fluorescence guidée des sources permet l'excitation de spots biologiques ce qui valide l'architecture proposée. L'éclairement est homogène avec une sensibilité équivalente à celle d'un système conventionnel. Enfin, la fonctionnalisation de la surface a été étudiée pour permettre l'accrochage de biomolécules en surface. Le système développé a permis la réalisation d'expériences biologiques complètes en présence d'une solution d'hybridation. Une diminution significative de la fluorescence parasite a été mesurée par rapport au système conventionnel.Fluorescence microarrays are used in molecular biology and for diagnostic. Usually, only end-point signals are considered but real-time measurements give access to additional precious data. Using fluorescence microarrays, such experiments are limited by the fluorescence of the hybridization mix concentrated in labeled target molecules. To reduce this background, a strategy consists into exciting selectively the surface using guided waves confined within the substrate. Best performances correspond to thin optical planar waveguides with a background reduction factor of 103 and an increase of the excitation irradiance by a factor of 104 due to confinement effects. For such systems, the main issue of concern is the complexity of the guided wave coupling set-up. In this work, we propose a simpler, innovative and effective way by doping the waveguide itself with a fluorophore. First, we develop a low temperature sol-gel process to elaborate planar waveguides with high refractive index and low optical losses. Then, an europium complex is incorporated in the waveguides for the evanescent wave coupling. Corresponding films have good optical properties and high absorption rates. The guided fluorescence of the doping molecules allows the excitation of biological spots proving the feasibility of this coupling system. The excitation is homogeneous with sensitivity similar to conventional geometry. Finally, surface functionalization was investigated to bind biomolecules on the surface. The final system was used for biological experiments in the presence of a fluorescent hybridization mix. A significant reduction of the background was observed compared to conventional geometry.CACHAN-ENS (940162301) / SudocSudocFranceF

Effets de l'entraînement intermittent sur la composition corporelle et sur VO2 max chez les seniors

Un programme de type step intermittent pendant 12 semaines améliore significativement l'aptitude maximale aérobie chez des personnes âgées (de 64 à 69 ans), sans entraîner de modification de la composition corporelle. Un programme de type marche intermittente n'entraîne pas de modification significative, sauf de VO2max exprimé par unité de masse corporelle

Quantitative analysis of enhanced light irradiance in waveguide-based fluorescent microarrays

International audienceProbing microarray assays in the presence of a hybridization mix retrieves precious information on hybridization kinetics. However, in common detection schemes, useful surface signals compete with the high supernatant background from labelled targets in the mix. A known solution consists in exciting specifically the microarray surface with evanescent fields. Configurations using planar opticalwaveguides to produce such fields are shownhere to present also a dramatic excitation irradiance enhancement at the guide/surrounding matter interface. We compare theoretically and experimentally a guided excitation with a classical external excitation. A full electromagnetic analysis predicts an irradiance increase higher than 104 for adequately tailored waveguides.We deposited high-index TiO2 sol–gel waveguides on glass substrates according to best simulations. Quantitative enhancement analysis exploiting actual biological fluorescent spots perfectly confirms the irradiance amplification effect of a thin waveguide. The impact of amplification on the design of biochip readers is discussed since it leaves ample margin for simple and low-cost light couplers, advantageous in affordable readers and sensor systems

Effets de l'entraînement intermittent sur la composition corporelle et sur VO2 max chez les seniors

Un programme de type step intermittent pendant 12 semaines améliore significativement l'aptitude maximale aérobie chez des personnes âgées (de 64 à 69 ans), sans entraîner de modification de la composition corporelle. Un programme de type marche intermittente n'entraîne pas de modification significative, sauf de VO2max exprimé par unité de masse corporelle