Développement de nouveaux matériaux sensibles pour améliorer la sensibilité et la sélectivité d'un nez optoélectronique

Artificial noses have a great application potential in various industrial fields, from quality control to medical diagnosis. Many of these applications require the detection of a target molecule with certainty in a complex environment, sometimes at a very low concentration. However, the sensitivity and selectivity of today's artificial noses are still far from matching those of their biological source of inspiration. In this context, our team has been developing since 2012 an optoelectronic nose for the detection of volatile organic compounds in the gas phase. It is based on an array of peptide sensing materials and a transduction by surface plasmon resonance imaging. This thesis explores three strategies for the development of new biomimetic sensing materials to improve its performance. We propose, firstly, to integrate proteins naturally present in the nose into the system, secondly, to select peptides in vitro by phage display, and thirdly, to use virtual screening. The implementation of these three promising methods allows a better understanding of their different technical issues in order to be able to adapt promptly our device to the needs of its final users in the future.Les nez artificiels ont un grand potentiel applicatif dans divers domaines industriels, du contrôle qualité au diagnostic médical. Nombre de ces applications requièrent de détecter une molécule cible avec certitude dans un environnement complexe, parfois à très faible concentration. Cependant, la sensibilité et la sélectivité des nez artificiels actuels sont encore loin d’égaler celles du nez biologique dont ils s’inspirent. Dans ce contexte, notre équipe développe depuis 2012 un nez optoélectronique pour la détection de composés organiques volatils en phase gazeuse. Il s’appuie sur un réseau de matériaux sensibles peptidiques et une transduction par imagerie par résonance de plasmons de surface. Cette thèse explore trois stratégies pour le développement de nouveaux matériaux sensibles biomimétiques permettant d’en améliorer les performances. Nous proposons, premièrement, d’intégrer des protéines naturellement présentes dans le nez au système, deuxièmement, de sélectionner in vitro des peptides par phage display, et troisièmement d’utiliser le criblage virtuel. L’implémentation de ces trois méthodes prometteuses permet de mieux comprendre leurs différents enjeux techniques pour pouvoir à l’avenir adapter rapidement notre dispositif aux besoins de ses utilisateurs

Développement de nouveaux matériaux sensibles pour améliorer la sensibilité et la sélectivité d'un nez optoélectronique

Artificial noses have a great application potential in various industrial fields, from quality control to medical diagnosis. Many of these applications require the detection of a target molecule with certainty in a complex environment, sometimes at a very low concentration. However, the sensitivity and selectivity of today's artificial noses are still far from matching those of their biological source of inspiration. In this context, our team has been developing since 2012 an optoelectronic nose for the detection of volatile organic compounds in the gas phase. It is based on an array of peptide sensing materials and a transduction by surface plasmon resonance imaging. This thesis explores three strategies for the development of new biomimetic sensing materials to improve its performance. We propose, firstly, to integrate proteins naturally present in the nose into the system, secondly, to select peptides in vitro by phage display, and thirdly, to use virtual screening. The implementation of these three promising methods allows a better understanding of their different technical issues in order to be able to adapt promptly our device to the needs of its final users in the future.Les nez artificiels ont un grand potentiel applicatif dans divers domaines industriels, du contrôle qualité au diagnostic médical. Nombre de ces applications requièrent de détecter une molécule cible avec certitude dans un environnement complexe, parfois à très faible concentration. Cependant, la sensibilité et la sélectivité des nez artificiels actuels sont encore loin d’égaler celles du nez biologique dont ils s’inspirent. Dans ce contexte, notre équipe développe depuis 2012 un nez optoélectronique pour la détection de composés organiques volatils en phase gazeuse. Il s’appuie sur un réseau de matériaux sensibles peptidiques et une transduction par imagerie par résonance de plasmons de surface. Cette thèse explore trois stratégies pour le développement de nouveaux matériaux sensibles biomimétiques permettant d’en améliorer les performances. Nous proposons, premièrement, d’intégrer des protéines naturellement présentes dans le nez au système, deuxièmement, de sélectionner in vitro des peptides par phage display, et troisièmement d’utiliser le criblage virtuel. L’implémentation de ces trois méthodes prometteuses permet de mieux comprendre leurs différents enjeux techniques pour pouvoir à l’avenir adapter rapidement notre dispositif aux besoins de ses utilisateurs

Développement de nouveaux matériaux sensibles pour améliorer la sensibilité et la sélectivité d'un nez optoélectronique

Artificial noses have a great application potential in various industrial fields, from quality control to medical diagnosis. Many of these applications require the detection of a target molecule with certainty in a complex environment, sometimes at a very low concentration. However, the sensitivity and selectivity of today's artificial noses are still far from matching those of their biological source of inspiration. In this context, our team has been developing since 2012 an optoelectronic nose for the detection of volatile organic compounds in the gas phase. It is based on an array of peptide sensing materials and a transduction by surface plasmon resonance imaging. This thesis explores three strategies for the development of new biomimetic sensing materials to improve its performance. We propose, firstly, to integrate proteins naturally present in the nose into the system, secondly, to select peptides in vitro by phage display, and thirdly, to use virtual screening. The implementation of these three promising methods allows a better understanding of their different technical issues in order to be able to adapt promptly our device to the needs of its final users in the future.Les nez artificiels ont un grand potentiel applicatif dans divers domaines industriels, du contrôle qualité au diagnostic médical. Nombre de ces applications requièrent de détecter une molécule cible avec certitude dans un environnement complexe, parfois à très faible concentration. Cependant, la sensibilité et la sélectivité des nez artificiels actuels sont encore loin d’égaler celles du nez biologique dont ils s’inspirent. Dans ce contexte, notre équipe développe depuis 2012 un nez optoélectronique pour la détection de composés organiques volatils en phase gazeuse. Il s’appuie sur un réseau de matériaux sensibles peptidiques et une transduction par imagerie par résonance de plasmons de surface. Cette thèse explore trois stratégies pour le développement de nouveaux matériaux sensibles biomimétiques permettant d’en améliorer les performances. Nous proposons, premièrement, d’intégrer des protéines naturellement présentes dans le nez au système, deuxièmement, de sélectionner in vitro des peptides par phage display, et troisièmement d’utiliser le criblage virtuel. L’implémentation de ces trois méthodes prometteuses permet de mieux comprendre leurs différents enjeux techniques pour pouvoir à l’avenir adapter rapidement notre dispositif aux besoins de ses utilisateurs

Développement de nouveaux matériaux sensibles pour améliorer la sensibilité et la sélectivité d'un nez optoélectronique

Les nez artificiels ont un grand potentiel applicatif dans divers domaines industriels, du contrôle qualité au diagnostic médical. Nombre de ces applications requièrent de détecter une molécule cible avec certitude dans un environnement complexe, parfois à très faible concentration. Cependant, la sensibilité et la sélectivité des nez artificiels actuels sont encore loin d’égaler celles du nez biologique dont ils s’inspirent. Dans ce contexte, notre équipe développe depuis 2012 un nez optoélectronique pour la détection de composés organiques volatils en phase gazeuse. Il s’appuie sur un réseau de matériaux sensibles peptidiques et une transduction par imagerie par résonance de plasmons de surface. Cette thèse explore trois stratégies pour le développement de nouveaux matériaux sensibles biomimétiques permettant d’en améliorer les performances. Nous proposons, premièrement, d’intégrer des protéines naturellement présentes dans le nez au système, deuxièmement, de sélectionner in vitro des peptides par phage display, et troisièmement d’utiliser le criblage virtuel. L’implémentation de ces trois méthodes prometteuses permet de mieux comprendre leurs différents enjeux techniques pour pouvoir à l’avenir adapter rapidement notre dispositif aux besoins de ses utilisateurs.Artificial noses have a great application potential in various industrial fields, from quality control to medical diagnosis. Many of these applications require the detection of a target molecule with certainty in a complex environment, sometimes at a very low concentration. However, the sensitivity and selectivity of today's artificial noses are still far from matching those of their biological source of inspiration. In this context, our team has been developing since 2012 an optoelectronic nose for the detection of volatile organic compounds in the gas phase. It is based on an array of peptide sensing materials and a transduction by surface plasmon resonance imaging. This thesis explores three strategies for the development of new biomimetic sensing materials to improve its performance. We propose, firstly, to integrate proteins naturally present in the nose into the system, secondly, to select peptides in vitro by phage display, and thirdly, to use virtual screening. The implementation of these three promising methods allows a better understanding of their different technical issues in order to be able to adapt promptly our device to the needs of its final users in the future

Bio-Inspired Strategies for Improving the Selectivity and Sensitivity of Artificial Noses: A Review

International audienceArtificial noses are broad-spectrum multisensors dedicated to the detection of volatile organic compounds (VOCs). Despite great recent progress, they still suffer from a lack of sensitivity and selectivity. We will review, in a systemic way, the biomimetic strategies for improving these performance criteria, including the design of sensing materials, their immobilization on the sensing surface, the sampling of VOCs, the choice of a transduction method, and the data processing. This reflection could help address new applications in domains where high-performance artificial noses are required such as public security and safety, environment, industry, or healthcare

Random laser in a fibre : guiding and scattering contribute to reduced threshold

A random laser is demonstrated in a hollow-core photonic-crystal optical fibre, with dye solution and dielectric or metallic nanoparticles. The threshold is significantly reduced compared with the bulk solution due to optical guiding and scattering.2 page(s

Electronic noses: Novel sensing materials for better performances

International audienc

Biomimetic optoelectronic nose for analysis of volatile organic compounds

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Odorant-binding protein-based optoelectronic tongue and nose for sensing volatile organic compounds

International audienceWe developed an array of odorant-binding protein mutants with various binding properties. The same design is suitable for the detection and identification of volatile organic compounds (VOCs) both in the liquid phase and in the gas phase by surface plasmon resonance imaging. The obtained optoelectronic tongue is highly selective at low concentrations of VOCs with a low detection limit, but a narrow linear range. In comparison, the optoelectronic nose gives a much higher signal to noise ratio, but the discrimination of VOCs from different chemical classes requires kinetic data to get rid of non-specific signals. This work shows that these optoelectronic tongue and nose are promising for numerous applications, each system having its own advantages

Biomimetic olfactory biosensors and bioelectronic noses

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