Réalisation d'un capteur optofluidique à base de microrésonateurs optiques en polymères pour la détection spécifique ultra-sensible et rapide d'espèces chimiques et biochimiques

Abstract

The development of biochemical sensors is growing rapidly. The accurate, rapid and specific detection of DNA strands in solution is becoming increasingly important, especially in biomedical applications, such as trace detection of Covid-19. For this reason, we decided to develop an optofluidic sensor showing a fast response time, a low detection limit and a good sensitivity. The optofluidic sensor is composed of a vertically coupled polymeric optical microresonator and a microfluidic circuit integrated on this microresonator. It allows, after functionalization by a DNA probe strand on the surface of the microresonator, a specific and real time measurement of complementary DNA strands in solution.The spectral response of optical microresonators, immersed in deionised water, shows quality factors up to 72900 and contrasts up to 0.9. In this thesis the optofluidic sensor for the measurement of DNA hybridization has been designed and elaborated, and then used to investigate a possible change in the conformation of these DNA strands during hybridisation. This sensor shows preliminary results with a sensitivity of 8.04 pm/µM and a detection limit of 268 nM. In addition, we could observe in these preliminary results a difference in the DNA strand responses measured in TE and TM polarisations, suggesting a significant modification of the DNA strand orientation during the hybridisation process.Le développement des capteurs biochimiques est en pleine croissance.La détection précise, rapide et spécifique de brins d'ADN en solution y prend de plus en plus d'importance, en particulier dans les applications biomédicales, par exemple la détection de traces de Covid-19. Pour ces raisons, nous avons mis au point un capteur optofluidique présentant un temps de réponse rapide, une faible limite de détection et une bonne sensibilité.Ce capteur est composé d'un microrésonateur optique polymère en configuration de couplage vertical et d'un circuit microfluidique, intégré à ce microrésonateur. Il permet, après la fonctionnalisation par un brin d'ADN sonde sur la surface du microrésonateur, la mesure sans marquage, spécifique et en temps réel des brins d'ADN complémentaire en solution.La réponse spectrale des microrésonateurs optiques élaborés dans le cadre de la thèse, présentent des facteurs de qualité allant jusqu'à 72900 lorsqu'ils sont immergés dans l'eau déionisée, et des contrastes atteignant 0.9. Ce capteur optofluidique a été conçu et réalisé en vue de la mesure d'hybridation de l'ADN, et permet d'envisager la mise en évidence de changements de conformation de ces brins d'ADN lors de l'hybridation. Les résultats préliminaires obtenus sur ce capteur montrent une sensibilité de 8,04 pm/µM et une limite de détection de 268 nM. En outre, nous avons pu observer une différence des réponses des brins d'ADN entre les polarisations TE et TM, laissant supposer que le brin d'ADN se redresse durant le phénomène d'hybridation